После сказанного ранее в п.3.2 ясно, что в качестве материала - замедлителя в тепловом ядерном реакторе должен быть избран такой, который:
- обладает высокими замедляющими свойствами;
- имеет малое макросечение поглощения тепловых и резонансных нейтронов.
Последнее требование вытекает из соображений экономии нейтронов - тепловых и резонансных (чем меньшую величину имеют макросечения поглощения замедлителя в тепловой и резонансной области энергий нейтронов, тем выше соответственно θ и φ).
Объём замедлителя в активной зоне теплового реактора выбирается из соображений получения в нём теплового (максвелловского) спектра, а это значит, что выбор в качестве замедлителя слабопоглощающего материала является единственной возможностью для повышения θ и φ.
Кроме того, по условиям работы в активной зоне замедлитель (как и все реакторные материалы) должен обладать:
- химической, термической и радиационной стойкостью;
- не иметь при радиационном захвате таких дочерних продуктов, которые являлись бы более сильными поглотителями нейтронов.
В тепловых ЭЯР отечественных АЭС предпочтение отдано двум замедлителям. В реакторах типа ВВЭР замедлителем является лёгкая вода (H2O), в реакторах РБМК- графит (C).
О характеристиках этих двух замедлителей можно сказать следующее.
Вода распространена и дешева, но обладает известной химической агрессивностью, особенно при наличии в ней примесей. Большая часть затрат при использовании воды в реакторах обусловлена технологией её приготовлением (двойная дистилляция) и необходимостью поддержания в реакторе особого водного режима, направленного на сохранение чистоты воды и создание в ней условий, способствующих минимизации коррозионных процессов в конструкционных материалах реактора и первого контура, с которыми вода находится в контакте.
Низкая температура насыщения воды при атмосферном давлении (100°С) заставляет использовать её в энергетических реакторах при относительно высоких (16÷18 МПа) давлениях. При свойственных энергетическим реакторам высоких удельных тепловых нагрузках на поверхностях твэлов при теплоотдаче к воде могут возникать кризисы теплоотдачи.
И всё же указанные недостатки воды, включая и сравнительно высокую поглощающую способность тепловых и замедляющихся нейтронов, уступают её достоинствам, особенно если учесть, что в ВВР эта же вода выполняет не только функции замедлителя, но служит и теплоносителем.
Графит относится к так называемым тяжёлым замедлителям (атомная масса углерода A = 12 а.е.м.). По величине замедляющей способности графит уступает воде, но коэффициент замедления у него существенно выше, чем у воды. Технология получения высокоочищенного реакторного графита довольно сложна и энергоёмка, что обуславливает его высокую стоимость (>10 долл/кг). Графит радиационно стоек и термически устойчив при температурах до 850°С, что требует непрерывного охлаждения его в рабочих условиях реактора: в графите РБМК-1000 выделяется ~ 7% тепловой мощности реактора, что без охлаждения привело бы к сильному разогреву графитовой кладки, до температур 900°С и выше, при которых начинается интенсивное окисление графита; использование же охлаждения графита азотно-гелиевой смесью позволяет поддерживать температуру графитовой кладки не выше 650°С.
- обладает высокими замедляющими свойствами;
- имеет малое макросечение поглощения тепловых и резонансных нейтронов.
Последнее требование вытекает из соображений экономии нейтронов - тепловых и резонансных (чем меньшую величину имеют макросечения поглощения замедлителя в тепловой и резонансной области энергий нейтронов, тем выше соответственно θ и φ).
Объём замедлителя в активной зоне теплового реактора выбирается из соображений получения в нём теплового (максвелловского) спектра, а это значит, что выбор в качестве замедлителя слабопоглощающего материала является единственной возможностью для повышения θ и φ.
Кроме того, по условиям работы в активной зоне замедлитель (как и все реакторные материалы) должен обладать:
- химической, термической и радиационной стойкостью;
- не иметь при радиационном захвате таких дочерних продуктов, которые являлись бы более сильными поглотителями нейтронов.
В тепловых ЭЯР отечественных АЭС предпочтение отдано двум замедлителям. В реакторах типа ВВЭР замедлителем является лёгкая вода (H2O), в реакторах РБМК- графит (C).
О характеристиках этих двух замедлителей можно сказать следующее.
Вода распространена и дешева, но обладает известной химической агрессивностью, особенно при наличии в ней примесей. Большая часть затрат при использовании воды в реакторах обусловлена технологией её приготовлением (двойная дистилляция) и необходимостью поддержания в реакторе особого водного режима, направленного на сохранение чистоты воды и создание в ней условий, способствующих минимизации коррозионных процессов в конструкционных материалах реактора и первого контура, с которыми вода находится в контакте.
Низкая температура насыщения воды при атмосферном давлении (100°С) заставляет использовать её в энергетических реакторах при относительно высоких (16÷18 МПа) давлениях. При свойственных энергетическим реакторам высоких удельных тепловых нагрузках на поверхностях твэлов при теплоотдаче к воде могут возникать кризисы теплоотдачи.
И всё же указанные недостатки воды, включая и сравнительно высокую поглощающую способность тепловых и замедляющихся нейтронов, уступают её достоинствам, особенно если учесть, что в ВВР эта же вода выполняет не только функции замедлителя, но служит и теплоносителем.
Графит относится к так называемым тяжёлым замедлителям (атомная масса углерода A = 12 а.е.м.). По величине замедляющей способности графит уступает воде, но коэффициент замедления у него существенно выше, чем у воды. Технология получения высокоочищенного реакторного графита довольно сложна и энергоёмка, что обуславливает его высокую стоимость (>10 долл/кг). Графит радиационно стоек и термически устойчив при температурах до 850°С, что требует непрерывного охлаждения его в рабочих условиях реактора: в графите РБМК-1000 выделяется ~ 7% тепловой мощности реактора, что без охлаждения привело бы к сильному разогреву графитовой кладки, до температур 900°С и выше, при которых начинается интенсивное окисление графита; использование же охлаждения графита азотно-гелиевой смесью позволяет поддерживать температуру графитовой кладки не выше 650°С.