29. Теплоносители, их свойства, требования к ним.

Теплоноситель – среда, используемая для передачи тепловой энергии.

На АЭС теплоносители используются для съёма тепла с активной зоны реактора и передачи его в парогенераторы для выработки пара (теплоноситель может одновременно являться и рабочим телом, а так же замедлителем). Движение теплоносителя осуществляется по замкнутым циркуляционным контурам с помощью циркуляционных насосов или по принципу естественной циркуляции.

Свойства теплоносителей АЭС делятся на следующие обобщённые группы:

1)Ядерно-физические

●Малое сечение поглощения нейтронов

●Низкая замедляющая способность для быстрых реакторов

●Высокая замедляющая способность для тепловых реакторов

●Радиационная стойкость

●Низкая способность к активации

2)Теплогидравлические

●Высокий коэффициент теплоотдачи

●Низкие гидравлические сопротивления (малые затраты на прокачку)

3)Физико-химические

●Низкая коррозионная активность к конструкционным материалам

●Химическая инертность к рабочему телу и окружающей среде

●Термическая стойкость

4)Эксплуатационные

●Высокий температурный уровень отвода тепла из реактора

●Низкое давление

●Пожаробезопасность и нетоксичность

●Отсутствие дополнительных усложняющих устройств в контуре

●Доступность, распространённость и дешевизна.

Среди теплоносителей распространение получили: 1)вода; 2)газообразные теплоносители; 3)жидкометаллические теплоносители; 4)органические жидкости.

Вода (h2o, d2o)

Ядерно-физические свойства:

⊕ Вода имеет сравнительно небольшое сечение поглощения нейтронов (D₂O практически не поглощает).

⊕ Большое сечение рассеяния нейтронов (16 – 17 столкновений уменьшают энергию с 2МэВ до 0,02эВ).

⊖Вода сильно активируется, также активируются находящиеся в ней примеси.

⊖Вода подвержена интенсивному радиолизу (распадается на кислород и водород под действием реакторных излучений).

Теплогидравлические свойства:

⊕Вода обеспечивает достаточно высокий коэффициент теплоотдачи при умеренных скоростях (то есть, при умеренных затратах на прокачку). При V = 5,5÷6,5м/с в реакторах ВВЭР α ~ 2÷4 кВт/[м²·°С]. При скоростях воды выше 10 м/с происходит разрушение защитной окисной плёнки, что приводит к интенсификации коррозии особенно при сложной геометрии. При простой геометрии небольшое превышение допустимо.

Физико-химические свойства:

⊕Вода химически инертна по отношению к рабочему телу (пару) и окружающей среде.

⊕Термически стойка (сохраняет свойства) в диапазоне рабочих температур.

⊖Вода коррозионно-агрессивна по отношению ко всем конструкционным материалам (даже нержавеющие стали подвергаются коррозии), интенсивность коррозии зависит от толщины оксидной плёнки.

Эксплуатационные свойства:

⊕Вода пожаробезопасна

⊕Нетоксична

⊕Самая дешёвая, распространённая и доступная

⊖Обеспечивает низкий температурный уровень (t < 450°С считается низкой) отвода тепла из реактора при высоких давлениях (в ВВЭР – самое высокое давление).

⊖Необходимо применение дополнительных систем в контуре ­– систем компенсации давления, так как вода очень плохо сжимается, но имеет высокий коэффициент температурного расширения.