6.Принципиальная конструкция ядерного реактора.

Ядерный реактор - устройство, в котором осуществляется управляемая самоподдерживающаяся цепная реакция деления ядерного топлива.

Реактор содержит активную зону и отражатель (см. рис.3.). Актив­ная зона — это часть реактора, в которой может протекать самоподдерживающаяся цепная реакция деления, сопровождающаяся выделением теплоты. Матери­алы, примыкающие к активной зоне и возвращающие часть уходящих из нее нейтронов обратно, в совокупности обра­зуют отражатель.

Рис.3. Упрощенная схема ядерного реактора.

1 - биологическая защита; 2 - отражатель нейтронов; 3 - система управления и защиты;

4 - твэлы; 5 - активная зона; 6 - циркуляционный контур теплоносителя

Конструкция реакторов зависит от энергии нейтронов, обеспечивающих поддержание реакции деления. Если большая часть делений вызывается нейтро­нами с энергиями порядка десятков и сотен килоэлектрон­вольт, то такие реакторы называются реакторами на быстрых нейтронах. При этом активная зона не содержит легких ядер, специально предназначенных для замедления нейтронов деления в результате упругого рас­сеяния.

Другой класс реакторов — это реакторы, ак­тивная зона которых содержит некоторое количество замедли­теля — материала, предназначенного для снижения энер­гии нейтронов без заметного их поглощения, и большая часть делений вызывается нейтронами с энергиями меньше 1 эВ. Такие реакторы называются реакторами на тепловых нейтронах.

По структуре активной зоны реакторы принято делить на гомогенные и гетерогенные. Гомогенный реактор — это реактор, активная зона которого представляет собой гомогенную (однородную) размножающую среду. В таком реакторе топливо и замедлитель (возможно, и другие компоненты активной зоны) находятся либо в растворе, либо в достаточно равно­мерной смеси, и их пространственное разделение не вызывает заметных различий потока нейтронов любых энергий в топливе и замедлителе.

Гетерогенный реактор имеет активную зону, в которой ядерное топливо и замедлитель пространственно разделены и образуют отдельные блоки, плотность потока тепловых и быстрых нейтронов в которых существенно отличается.

Топливный стержень вместе с герметичной оболочкой, окружающей его для предотвращения утечки продуктов деления и химического взаимодействия топлива с теплоно­сителем, называется тепловыделяющим элементом (твэлом).

Твэлы группируются в тепловыделяющие сборки (ТВС), или кассеты. Чаще всего ТВС и твэлы располагаются верти­кально, образуя равномерную периодическую решетку.

Теплота отводится от твэлов теплоносителем, циркулирующим по первому контуру реакторной установки. Кроме того, в реакторе размещаются рабочие органы системы управления и защиты реактора (СУЗ), предназначенные для поддержания и изменения скорости протекания цепной реакции деления. Стержни СУЗ выполнены из материалов с большим сечением поглощения нейтронов – изотопы бора, гафния, кадмия, тантала и некоторых редкоземельных материалов (европия, гадолиния, диспрозия и др.).

Активная зона реактора окружается отражателем нейтронов, в качестве которого используются обычно замедлитель и стальные конструкции. В реакторах на быстрых нейтронах в качестве отражателя используется зона воспроизводства, окружающая активную зону. В зоне воспроизводства размещаются кассеты с твэлами, в которых вместо топлива находится природный или обедненный по делящемуся изотопу уран.