Атомні реактори

Основи класифікації ядерних реакторів

Ядерні реактори можна розділити за низкою ознак. Ось деякі з них:

• Енергія нейтронів, що викликають поділ:
• тепловий реактор, використовує теплові нейтрони або принаймні з енергією нижче приблизно 100 еВ,
• реактор, що працює на швидких нейтронах з енергією переважно в діапазоні 50-100 кеВ.
• Ядерне паливо (у вигляді металу, карбідів або оксидів, кераміки):
• реактор з природним ураном
• реактор зі збагаченим ураном
• реактор, що працює на ^{239 232} Pu,
• реактор, що працює на ²³² Th (точніше ²³³ U).
• Розташування ядерного палива:
• гомогенний реактор,
• гетерогенний реактор.
• Модератор:
• водяний реактор,
• важководний реактор,
• реактор-сповільнювач берилію,
• графітовий реактор,
• реактор без сповільнювача (швидкий).
• Охолоджуюча рідина
• реактор, що охолоджується водою або іншою рідиною,
• газоохолоджуваний реактор (повітря, гелій, CO ₂ , дисоціюючий газ),
• рідкометалевий реактор з охолодженням (рідкий натрій і його сплави, калій, вісмут).

Звертаємо увагу, що наведені вище підрозділи не єдині. Крім того, класифікацію можна виділити за матеріалом гільз, в які укладено паливо, за ступенем збагачення палива, за типом конструкції тепловиділяючих елементів та ін. Постійний технологічний розвиток забезпечує появу нових рішень і робить деякі зі згаданих реакторів лише історичного значення.

Реакторні покоління

Перше покоління ядерних реакторів включало всі ті, що були створені в 1950-1960-х роках. Водночас вони були прототипами для реакторів другого покоління. Конструкції перших ядерних реакторів були взяті з військових програм. Під час Другої світової війни вони в основному використовувалися для виробництва плутонію. Реактори першого покоління відрізнялися тим, що вони мали можливість перезавантажувати паливо під час роботи реактора без необхідності його зупинки. Це були графітові реактори. Як паливо використовувався природний або слабозбагачений уран. Охолоджувачами були вода або вуглекислий газ. Друге покоління ядерних реакторів (побудованих в основному з 1970 по 1990 рр.) поставило собі за мету максимально ефективне виробництво електроенергії. Поширені в даний час реактори PWR або BWR належать до другого покоління. Наприкінці 1980-х років почалися дослідження щодо внесення ряду змін і вдосконалень у конструкцію та експлуатацію ядерних реакторів для виходу третього покоління . Це наступне покоління включає ядерні реактори, які були модифіковані та вдосконалені для підвищення безпеки, а також зниження вартості будівництва та експлуатації електростанції. Сучасний, конкурентний енергетичний ринок означає, що рішення, запроваджені з третім поколінням ядерних реакторів, зараз закінчуються. Четверте покоління ядерних реакторів включає абсолютно інноваційний підхід до отримання ядерної енергії . Він враховує методи, які відрізняються від застосовуваних на даний момент рішень. Багато з них є водяними реакторами малої та середньої потужності з оригінальними конструкціями.

Ядерні реактори – поділ за конструкцією

Резервуарні реактори

• Водяний реактор під тиском (PWR)

Це найбільш часто використовувані реактори для енергетичних цілей. Активна зона реактора PWR розміщена всередині резервуара під тиском з водяним басейном. Вода одночасно є теплоносієм і сповільнювачем. Гранули діоксиду урану, укладені в цирконієву (або нержавіючу) оболонку, є паливом для реактора PWR. Цей реактор має два контури. Перший контур — вода, яка омиває твел і передає тепло парогенератору. Після охолодження він повертається в реактор. У другому контурі пара, що утворюється в парогенераторі (нагрівається першим контуром), приводить в рух турбіни реактора.

• Реактори ВВЕР (водо-водяний енергетичний реактор)

Це реактори PWR середньої та великої потужності, розроблені в СРСР. Їх конструкція мало чим відрізняється від західних. Вони мають чотири шари захисту від протікання. Було виготовлено два основних типи реакторів ВВЕР: ВВЕР-440 і ВВЕР-1000.

• Реактор з киплячою водою (BWR)

У цьому реакторі теплоносієм, а також робочим середовищем є не вода, а пара. Вода в активній зоні доводиться до температури кипіння, а на виході з реактора маємо насичену пару, яка приводить в рух парову турбіну. Реактори типу BWR мають тільки один контур. Канальні реактори

• Реактори CANDU (канадський дейтерієвий уран)

Реактор CANDU є прикладом важководного реактора – важка вода, D ₂ O, є водночас теплоносієм і сповільнювачем. Його завдання – знизити енергію нейтронів. Як паливо використовується природний уран (без збагачення). Реактор CANDU спочатку був розроблений і побудований в Канаді як перший промисловий важководний реактор.

• Реактори РБМК (Реактор Великої Мощності Канальний)

РБМК – водокиплячий реактор. Як сповільнювач використовується графіт . Вода отримує тепло і, перетворившись на пару, обертає турбіни. У цьому реакторі сповільнювачем швидких нейтронів є не вода, а графіт. Як паливо використовується природний уран без збагачення. Незважаючи на те, що реактор РБМК є одним з найбільш економічних, він має ряд конструктивних недоліків.

Ядерні реактори – поділ за призначенням

Енергетичні реактори – їх основне завдання – перетворення ядерної енергії в електричну. Вони використовуються на комерційних електростанціях. Дослідницькі/навчальні реактори – в них проводяться дослідницькі та наукові роботи. Дослідницькі реактори дозволяють проводити експерименти щодо структури твердих тіл і дослідження матеріалів і ядерного палива для енергетичних реакторів. Реактори для військових цілей – у війську ядерні реактори використовувалися для виробництва плутонію для збройової промисловості. Рушові реактори – одним із застосувань ядерної енергії є рух кораблів або підводних човнів. Для цього потрібні спеціально розроблені рушійні реактори. Нагрівальні реактори – використовуються для отримання необхідної кількості тепла для потреб опалення на АЕС. Високотемпературні реактори – у високотемпературних реакторах виділяється тепло, яке потім використовується для технологічних потреб. Реактори спеціального призначення – ці типи реакторів в основному використовуються в медицині або в окремих галузях промисловості. Вони виробляють радіоізотопи для певних застосувань.