Атомные станции с реаторами РБМК-1000

Атомные станции с реакторами РБМК-1000
  • Реактор Большой Мощности Канальный (РБМК
  • Конструкция реактора РБМК-1000
  • ТВС
  • Запорно - регулирующий клапан
  • Тепловыделяющие сборки
  • Результаты исследования защиты и радиационной
    безопасности АЭС с реакторами РБМК-1000
  •  МКЭР — Многопетлевой Канальный Энергетический Реактор
  • 5-й энергоблок Курской АЭС (РБМК-1000 3-го поколения)
  • Аварии на энергоблоках с РБМК
  • Особенности атомной энергетики
  • Выбросы и сбросы вредных веществ при эксплуатации АС
  •  

    Тепловыделяющие сборки.

     К твэлам и ТВС предъявляются высокие требования по надежности в течение всего срока службы. Сложность реализации их усугубляется тем, что длина канала составляет 7000 мм при относительно небольшом его диаметре, и при этом должна быть обеспечена машинная перегрузка кассет как на остановленном, так и на работающем реакторе. Напряженные условия работы ТВС в реакторах РБМК предопределили необходимость проведения большого комплекса предреакторных и реакторных испытаний. Основные параметры, характеризующие условия работы ТВС, приведены в таблице 1:

     Таблица 1. Условия работы ТВС.

    Параметр

    Размерность

    Величина

    Мощность максимально напряженного канала 

    кВт (тепловых)

    3000—3200

    Расход теплоносителя через канал при максимальной мощности

    т/ч

    29,5—30,5

    Максимальное массовое паросодержание на выходе из кассет

    %

    19,6

    Параметры теплоносителя на входе в кассету

    Давление

    кгс/см2

    79,6

    Температура

    ° С

    265

    Параметры теплоносителя на выходе из кассеты:

    Давление

    кгс/см2

    75,3

    Температура

    ° С

    289,3

    Максимальная скорость

    м/с

    18,5

    Максимальная температура:

    Наружной поверхности оболочки,

    ° С

    295

    Внутренней поверхности оболочки

     ° С

    323

    Коэффициенты неравномерности энерговыделения:

    По высоте кассеты

    -

    1,4

    По радиусу кассеты

    -

    1,06

    Начальное обогащение урана

    %

    1,8—2,4

    Среднее по каналам плато выгорания урана

    ГВт x сут/т UO2

    19,5—24,4

    Максимальное выгорание топлива

    ГВт x сут/т UO2

    24—28

    Кампания кассеты с выгоранием 24 ГВт x сут/т UO2,

    Эффективные сутки

    1250—1700

    Срок службы кассеты при коэффициенте использования 0,85

    сут.

    1470

    Максимальная линейная мощность твэла

    Вт/см

    360—385

    Максимальная температура в центре топливной таблетки

    ° С

    2100

    Тепловыделяющая кассета РБМК-1000.

    Рисунок 4. Тепловыделяющая кассета РБМК-1000.
    1 — подвеска,
    2 — штифт,
    3 — переходник,
    4 — хвостовик,
    5 — твэл,
    6 — несущий стержень,
    7 — втулка,
    8 — наконечник,
    9 — гайки.

     

    иационное энерговыделение в близлежащих к активной зоне листах металлоконструкций уже при этой толщине определяется захватным гамма - излучением, образующимся в самих листах металлоконструкций. При запроектированной толщине блоков температура листов металлоконструкций определяется не радиационным теплом, а теплом, переданным от стальных защитных блоков.

    Защита реактора РБМК

    Рисунок 5. Защита реактора РБМК:
    1 - плитный настил (тяжелый бетон, 4 т/м3);
    2 - засыпка серпентинита (1,7 т/м3);
    3 - обычный бетон (2,2 т/м3);
    4 - песок (1,3 т/м3);
    5 - бак водяной защиты;
    6 - стальные защитные блоки;
    7 - графитовая кладка.

     Периферийная часть верхнего перекрытия представляет собой металлические короба высотой 70 см, которые заполнены на первом блоке Ленинградской АЭС материалом ЖБСЦК, а на последующие рекомендован более дешевый материал — смесь чугунной дроби (86% по массе) с серпентинитом.

      В радиальном направлении за кожухом реактора располагается кольцевой бак с водой, которая снижает потоки излучения на бетон шахты; служит тепловым экраном; способствует охлаждению кожуха реактора; бак одновременно является опорой для верхней металлоконструкции. Пространство между баком и шахтой реактора засыпано обычным песком, что позволило сократить толщину бетона примерно на 75 см. Толщины и состав материалов защиты реактора РБМК в основных направлениях от активной зоны приведены в таблице 2.

    Рисунок 6. Часть плитного настила: 1 - съемные блоки плитного настила; 2, 4, 5, 6 - верхние части каналов охлаждения отражателя, температурного, технологического и СУЗ соответственно; 3 - нижний блок; 7 - периферийная часть верхнего перекрытия.

    Таблица 2. Толщины, в сантиметрахм, материалов защиты (в направлении от центра активной зоны)

    Материал

    Направление

    Вверх

    Вниз

    Радиальное

    Графит (отражатель)

    50

    50

    88

    Сталь (защитные плиты и лист металлоконструкции)

    29

    24

    4,5

    Засыпка серпентинита (1,7 т/м3)

    280

    180

      -

    Вода

      -

      -

    114

    Сталь (металлоконструкция)

    4

    4

    3

    Песок (1,3 т/м3)

      -

      -

    130

    Тяжелый бетон (4 т/м3)

    82

      -

      -

    Обычный бетон (2,2 т/м3)

      -

      -

    200

    В защите канального реактора РБМК имеются многочисленные неоднородности. Верхняя и нижняя опорные металлоконструкции пронизаны направляющими трубами, через которые проходят технологические каналы, каналы системы управления реактора и специальные каналы для датчиков температуры, детекторов нейтронного потока и др. Кроме того, через металлоконструкции проходят трубы подачи и отвода газа, парогазовой смеси, а также дренажные трубопроводы. Внутренняя полость технологических каналов с ТВС в верхней части заполнена малоэффективной по защите пароводяной смесью плотностью 0,2 г/см3, а в каналах специального назначения - газом.

    При разработке конструкции каналов проектирование велось таким образом, чтобы ликвидировать прострел излучения по цилиндрическим и кольцевым отверстиям. Значительное снижение интенсивности излучения в верхнем направлении по зазору между трубами каналов диаметром 88 мм и отверстиями в графитовых блоках отражателя и защитных блоках диаметром 114 мм достигается благодаря установке в этом зазоре втулок из графита (смотри рисунок 7). Для защиты от прострела по зазору между трубой канала диаметром 95 мм и трактом с внутренним диаметром 121 мм в верхней металлоконструкции размещаются стальные втулки высотой 700 мм (смотри рисунок 8). Зазор между трубой канала и трактом в районе нижней металлоконструкции заполнен графитовыми втулками.

     Размещение защитных втулок в районе верхнего отражателя

    Рисунок 7. Размещение защитных втулок в районе верхнего отражателя:
    1 — графитовые втулки;
    2 — стальной защитный блок;
    3 — графитовый отражатель.

     

    Размещение защитной пробки в канале

    Рисунок 8. Размещение защитной пробки в канале:
    1 — стальные втулки,
    2 — стальная винтовая пробка,
    3 — труба канала,
    4 — засыпка серпентинита.

     

    Во внутренней полости канала в районе расположения стальной втулки размещена стальная пробка диаметром 80 мм и высотой 1 м. Для прохода пароводяной смеси пробка выполнена винтовой, эффективная толщина стали 0,5м (смотри рисунок 8). Защита от прострельного излучения, проходящего по каналам СУЗ в зависимости от положения стержня, обеспечивается либо столбом воды, либо стержнем-поглотителем, или вытеснителем, заполненным графитом. Газовые трубопроводы, проходящие через защитные конструкции, выполнены изогнутыми. В каналах с датчиками контроля энерговыделения, ионизационными камерами, в температурных каналах размещаются защитные пробки с уступами. Согласно проекту, стены боксов с технологическим оборудованием выполнены из обычного строительного бетона (смотри таблицу 3) объемной массой 2,2 т/м3.

    Таблица 3. Характеристика защиты обслуживаемых помещений, смежных с боксами с технологическим оборудованием

     Источник – оборудование

    Толщина бетонной защиты (см)

    Расчетная мощность дозы (мР/ч)

    Барабан – сепараторы

     

     

    Боковые стены и нижние перекрытие

    140

    1,4

    Торцевые стены

    100

    -

    Верхнее перекрытие

    90

    -

    Трубопроводы между сепараторами и ГЦН

    90

    1,4

    Помещение ГЦН

     

     

    Стена около всасывающего коллектора

    90

    0,4

    Верхнее перекрытие

    80

    -

    Стена между боксами

    60

    -

    Паропроводы барабан сепаратор – турбина

    70

    1,4

    Подогреватели низкого давления

    60

    1,4

    Деаэраторы

    24

    0,8

    Турбины тепловых и атомных электростанций