КИПЯ́ЩИЙ РЕА́КТОР

КИПЯ́ЩИЙ РЕА́КТОР, ядер­ный ре­ак­тор, ох­ла­ж­де­ние ак­тив­ной зо­ны ко­то­ро­го осу­ще­ст­в­ля­ет­ся ки­пя­щим те­п­ло­но­си­те­лем (обыч­но во­дой); пред­на­зна­чен для ге­не­ра­ции па­ра, по­да­вае­мо­го в тур­би­ну атом­ной элек­тро­стан­ции.

Рис. 1. Схема канального кипящего реактора: 1 – активная зона; 2 – барабан-сепаратор; 3 – бак биологической защиты; 4 – главный циркуляционный насос.

Рис. 2. Схема корпусного кипящего реактора: 1 – активная зона; 2 – блок турбосепараторов; 3 – блок жалюзийных сепараторов; 4 – выход пара; 5 – вход воды; 6 – струйн...

Ки­пе­ние во­ды про­ис­хо­дит не­по­сред­ст­вен­но в ак­тив­ной зо­не ре­ак­то­ра. Раз­ли­ча­ют К. р. ка­наль­но­го и кор­пуснóго ти­па (рис. 1, 2). В ка­наль­ных ре­ак­то­рах те­п­ло­но­си­тель (во­да), про­хо­дя че­рез тех­но­ло­гич. ка­на­лы, на­гре­ва­ет­ся и час­тич­но ис­па­ря­ет­ся. На АЭС РФ ра­бо­та­ют разл. мо­ди­фи­ка­ции ки­пя­щих ка­наль­ных уран­гра­фи­то­вых ре­ак­то­ров, напр. РБМК-1000. В дан­ном ти­пе ре­ак­то­ров за­мед­ли­те­лем ней­тро­нов яв­ля­ет­ся гра­фит, те­п­ло­но­си­те­лем – во­да (она обес­пе­чи­ва­ет так­же до 15% за­мед­ле­ния); дав­ле­ние те­п­ло­но­си­те­ля вос­при­ни­ма­ет­ся стен­ка­ми ка­на­лов. Осн. кон­ст­рук­тив­ная часть ка­наль­но­го К. р. – гра­фи­то­вая клад­ка, че­рез ко­то­рую про­хо­дят вер­ти­каль­ные ка­на­лы из цир­ко­ние­во­го спла­ва с раз­ме­щён­ны­ми в них те­п­ло­вы­де­ляю­щи­ми сбор­ка­ми (ТВС), со­дер­жа­щи­ми те­п­ло­вы­де­ляю­щие эле­мен­ты (твэ­лы). То­п­лив­ная за­груз­ка твэ­ла – ди­ок­сид ура­на с обо­га­ще­ни­ем 2,4% по изо­то­пу ²³⁵U. В твэ­лах про­те­ка­ет цеп­ная ядер­ная ре­ак­ция, что при­во­дит к их на­гре­ву. В тех­но­ло­гич. ка­на­лы ре­ак­то­ра цир­ку­ля­ци­он­ны­ми на­со­са­ми по­да­ёт­ся во­да (под дав­ле­ни­ем 8 МПа), ко­то­рая, омы­вая на­гре­тые твэ­лы, по­сте­пен­но дог­ре­ва­ет­ся и за­ки­па­ет. На вы­хо­де из тех­но­ло­гич. ка­на­лов объ­ём­ное па­ро­со­дер­жа­ние во­ды со­став­ля­ет ок. 70%. Па­ро­во­дя­ная смесь по­сту­па­ет в ба­ра­ба­ны-се­па­ра­то­ры, в ко­то­рых пар от­де­ля­ет­ся от во­ды и под дав­ле­ни­ем 7 МПа на­прав­ля­ет­ся в па­ро­вую тур­би­ну. Во­да воз­вра­ща­ет­ся в кон­тур цир­ку­ля­ции, в ко­то­ром она сме­ши­ва­ет­ся с пи­та­тель­ной во­дой и вновь по­да­ёт­ся на­со­са­ми на вход тех­но­ло­гич. ка­на­лов. Па­ро­про­из­во­ди­тель­ность ре­ак­то­ра РБМК-1000 со­став­ля­ет 5400 т/ч.

В кор­пус­ных ре­ак­то­рах ки­пя­щая во­да яв­ля­ет­ся од­но­вре­мен­но те­п­ло­но­си­те­лем и за­мед­ли­те­лем ней­тро­нов. В дан­ных ре­ак­то­рах пар так­же ге­не­ри­ру­ет­ся в ак­тив­ной зо­не. Ши­ро­кое рас­про­стра­не­ние в ми­ре по­лу­чи­ли во­до-во­дя­ные кор­пус­ные К. р. (Boiling Water Reaktor – BWR). Ре­ак­тор пред­став­ля­ет со­бой проч­ный тол­сто­стен­ный ме­тал­лич. кор­пус с раз­ме­щён­ной в нём ак­тив­ной зо­ной. Дав­ле­ние те­п­ло­но­си­те­ля вос­при­ни­ма­ют стен­ки кор­пу­са. Ак­тив­ная зо­на BWR со­сто­ит из ТВС. В ка­че­ст­ве то­п­ли­ва ис­поль­зу­ет­ся ди­ок­сид ура­на с обо­га­ще­ни­ем по изо­то­пу ²³⁵U от 2,4 до 3%. При­во­ды сис­те­мы уп­рав­ле­ния и за­щи­ты рас­по­ло­же­ны ни­же ак­тив­ной зо­ны, а вы­ше ак­тив­ной зо­ны раз­ме­ще­на сис­те­ма се­па­ра­ции па­ра. На­прав­лен­ную при­ну­ди­тель­ную цир­ку­ля­цию во­ды че­рез ак­тив­ную зо­ну ре­ак­то­ра BWR обес­пе­чи­ва­ют встро­ен­ные в объ­ём кор­пу­са струй­ные на­со­сы, в ко­то­рые под на­по­ром по­да­ёт­ся во­да от внеш­них цир­ку­ля­ци­он­ных на­со­сов. Темп-ра во­ды на вхо­де в ТВС ак­тив­ной зо­ны со­став­ля­ет 216 °C при дав­ле­нии 6,8 МПа. При подъ­ём­ном дви­же­нии по ТВС во­да на­гре­ва­ет­ся и час­тич­но ис­па­ря­ет­ся, темп-ра па­ро­во­дя­ной сме­си на вы­хо­де из ак­тив­ной зо­ны – 286 °C. Па­ро­во­дя­ная смесь из ак­тив­ной зо­ны по­сту­па­ет в сис­те­му тур­бо­се­па­ра­то­ров, а да­лее – в блок жа­лю­зий­ных се­па­ра­то­ров, где про­ис­хо­дит раз­де­ле­ние на во­ду и пар. Во­да воз­вра­ща­ет­ся в во­дя­ной объ­ём ре­ак­то­ра, а пар на­прав­ля­ет­ся в тур­би­ну. При но­ми­наль­ном рас­хо­де те­п­ло­но­си­те­ля в кон­ту­ре цир­ку­ля­ции 47000 т/ч па­ро­про­из­во­ди­тель­ность BWR со­став­ля­ет 7200 т/ч.

Пер­вые К. р. вне­дре­ны в кон. 1950 – нач. 1960-х гг. Пер­вые уран­гра­фи­то­вые ка­наль­ные К. р. мощ­но­стью 100 и 200 МВт экс­плуа­ти­ро­ва­лись со­от­вет­ст­вен­но в 1964–83 и 1967–89 на Бе­ло­яр­ской АЭС им. И. В. Кур­ча­то­ва; че­ты­ре энер­го­бло­ка с во­до­гра­фи­то­вы­ми ка­наль­ны­ми К. р. ма­лой мощ­но­сти (12 МВт) вве­де­ны в строй в 1973–76 на атом­ной ТЭЦ в Би­ли­би­но. Пер­вый кор­пус­ной К. р. (BWR) мощ­но­стью 180 МВт вве­дён в 1960 на АЭС «Дрез­ден» (США).