Крючков В.П. Физика реакторов для персонала АЭС с ВВЭР и РБМК

Выгородка (в ВВЭР-1000 монтируется в шахте в ВВЭР-440 является конструктивной частью корзины) предназначена для фиксации активной зоны в плане. Она набирается из отдельных стальных элементов на высоту активной зоны и точно в плане ее повторяет. Материал, из которого выполнена выгородка, обладает значительным сечением поглощения нейтронов и вытесняет воду, что значительно снижает всплеск тепловых нейтронов на границе активной зоны и снижает нейтронный поток на корпус реактора.

Блок защитных труб выполнен в виде сварной металлоконструкции, которая состоит из трех плит, связанных между собой обечайкой, защитными трубами и трубами системы внутриреакторного контроля. В защитные трубы втягиваются поглощающие элементы системы регулирования при их подъеме: поглощающие стержни – на ВВЭР1000, поглощающие надставки – на ВВЭР-440. В трубах внутриреакторного контроля проходят связи с датчиками каналов нейтронных измерений и термопарами, измеряющими температуру теплоносителя на выходе из активной зоны. При установке блок защитных труб опирается на шахту в ВВЭР-1000 или корзину в ВВЭР440, а его нижняя плита поджимает пружины в головках тепловыделяющих сборок, фиксируя их в плане и удерживая от всплытия.

Верхний блок представляет из себя эллипсоидную крышку, которая уплотняет корпус реактора и удерживает от всплытия внутрикорпусные устройства. На патрубках верхнего блока крепятся приводы системы управления и защиты и уплотняются выводы системы внутриреакторного контроля.

Блок электроразводок крепится на верхнем блоке и предназначен для подключения силовых и контрольных кабелей к системам управления и внутриреакторного контроля.

Мощность реактора снимается принудительным направленным движением теплоносителя – воды. «Холодный» теплоноситель от главных циркуляционных насосов подается в нижние патрубки корпуса реактора, движется вниз, в зазоре между корпусом и шахтой, затем через перфорированное днище шахты и опорные трубы входит в активную зону, где подогревается. Далее через перфорированную нижнюю плиту блока защитных труб поступает в межтрубное пространство блока защитных труб и затем через его перфорированную обечайку и перфорацию шахты выходит в зазор между шахтой и корпусом в районе верхних патрубков корпуса. Через них «горячий» теплоноситель уходит в парогенераторы.

Вопросы к разделу «Корпус реактора и внутрикорпусные устройства»

1.Как организуется циркуляция теплоносителя в реакторе?

2.Каково назначение выгородки (конструкционное и нейтронно-физическое)?

3.Где в конструкции реакторе имеют место байпасные (мимо ТВС) протечки теплоносителя?

9.3. Активная зона

Активная зона реактора является непосредственным источником тепловой энергии, которая генерируется в тепловыделяющих элементах (твэлах) и передается омывающему их теплоносителю.

73

Сборочная единица активной зоны – тепловыделяющая сборка (ТВС). Формируя активную зону, ТВС устанавливаются хвостовиками в опорные трубы, почти вплотную одна к другой в плане и жестким допуском по высоте.

ТВС – это пучок твэлов, собранных по треугольной решетке и зафиксированных в несущей конструкции, которая обеспечивает возможность транспортных операций с ТВС и осуществления сборки активной зоны. Как правило, ТВС набирается из твэлов одинаковым обогащением. Исключение составляет незначительное число ТВС ВВЭР1000, применяемых в загрузках, два периферийных ряда твэлов которых имеют меньшее обогащение. Устройство ТВС для ВВЭР-1000 (за исключением ТВС для головного блока ВВЭР-1000, Нововоронежской АЭС-5) и ВВЭР-440 показано на рис. 9.3, 9.4.

Основные геометрические и физические характеристики ТВС и твэлов приведены в табл. 9.2.

Таблица 9.2. Геометрические и физические характеристики ТВС

___________

*- На рис.9.3 изображена унифицированная ТВС (УТВС). В настоящее время прошла испытания и внедряется ТВСА – альтернативная, с усиленной несущей конструкцией: головка и хвостовик ТВСА соединены дополнительно шестью уголками.

**- На периферии активных зон ВВЭР-440 вместо ТВС могут быть установлены 36 имитаторов ТВС для уменьшения нейтронного флюенса на корпус реактора.

76

9.4. Системы управления и защиты

Эффективный коэффициент размножения свежей, холодной, разотравленной зоны, с выведенными из зоны поглотителями систем регулирования, т.е. максимально возможный kэф для ВВЭР обоих типов в зависимости от загрузки колеблется в

пределах 1,2 – 1,25. Для компенсации указанной положительной реактивности

подкритическое состояние ВВЭР имеет две независимые системы управления и защиты: жидкостное регулирование, которое изменяет концентрацию борной кислоты в

теплоносителе, чем воздействует на реактивность; механическая система управления и защиты (СУЗ), которая вводит в активную

зону или извлекает из нее механические исполнительные органы, воздействующие на реактивность: поглощающие стержни в ВВЭР-1000, поглощающие надставки с регулирующими ТВС в ВВЭР-440. Устройство регулирующей ТВС ВВЭР-440 в активной части полностью идентично устройству рабочей ТВС.

Жидкостное регулирование применяется для компенсации медленно изменяющихся во времени эффектов реактивности, поскольку процесс ввода-вывода борной кислоты инертен. Подача борной кислоты в активную зону, т.е. увеличение ее концентрации может выполняться как системой нормальной эксплуатации – системой подпитки-вывода теплоносителя, так и аварийной системой – системой аварийной подпитки. Уменьшение концентрации борной кислоты возможно только системой нормальной эксплуатации – системой подпитки-вывода.

Следует отметить, что нейтроннофизические характеристики ВВЭР не позволяют безопасно увеличивать концентрацию борной кислоты выше определенного значения на выведенном в критическое состояние реакторе.

Предельная концентрация борной кислоты для критичного реактора колеблется в незначительных пределах – около 7,5 г Н3ВО3/кг Н2О в зависимости от компоновки загрузки. Такой концентрации недостаточно для ВВЭР-1000, чтобы скомпенсировать запас реактивности на выгорание, поэтому в свежие ТВС-1000 вставляют стержни выгорающих поглотителей (СВП), которые снижают размножающие свойства зоны на начало кампании, или используют ТВС, выгорающий поглотитель – гадолиний, который добавлен непосредственно в топливо. Тепловыделяющие элементы с добавкой гадолиния носят сокращенное название ТВЭГ. ТВС с ТВЭГ применяется и на ВВЭР-440.

Основное назначение механической СУЗ – обеспечение оперативного регулирования мощности реактора и выполнение функции предупредительной и аварийной защиты. ВВЭР-1000 оборудован 61 механическим, снабженным индивидуальным приводом органом регулирования (ОР) СУЗ; ВВЭР-440 – 73 или 37 органами. Для удобства управления они собраны в группы: ОР СУЗ ВВЭР-1000 разбиты на 10 групп, ВВЭР-440 – на 12 или 6. Последняя по нумерации группа ОР является регулирующей. Штатное управление органами СУЗ – групповое: подъем прозводится в прямой последовательности нумерации групп, ввод в активную зону – в обратной, но схемы управления позволяют при необходимости оперировать с любым отдельно выбранным органом СУЗ или выбранной группой органов.

Устройство ОР СУЗ ВВЭР440 и -1000 в значительной степени различно:

привод ОР СУЗ ВВЭР440 приводится в действие электродвигателем, вращение которого преобразуется в поступательное движение зубчатой парой шестерня – зубчатая рейка; привод ОР СУЗ ВВЭР-1000 – электромагнитами, система электромагнитов обеспечивает поступательное движение исполнительного органа, отсутствие вращающихся частей и зубчатой передачи делает его более надежным;

80