Как работает реактор РБМК-1000: устройство и принцип действия
РБМК-1000 (реактор большой мощности канальный, 1000 МВт электрических) — это ядерный реактор, в котором цепная реакция деления урана поддерживается на замедленных, тепловых нейтронах. Графитовые блоки замедляют нейтроны, обычная вода охлаждает топливо и одновременно кипит, превращаясь в пар, который крутит турбины. Реактор работает на слабообогащённом уране и позволяет перегружать топливо без остановки на полную мощность.
Активная зона: графит, каналы и топливо
Сердце реактора — активная зона размером примерно 7 на 7 метров в диаметре и 7 метров в высоту. Она набрана из графитовых блоков, которые служат замедлителем нейтронов. Графит не охлаждается водой и работает в режиме постоянного нагрева до температуры 600–700 градусов Цельсия.
Сквозь графитовую кладку вертикально проходят 1693 технологических канала. В каждом канале находится съёмная кассета из 18 тепловыделяющих элементов (твэлов). Твэл — это циркониевая труба диаметром около 14 мм, внутри которой спрессованы таблетки диоксида урана, обогащённого до 2–2,8% по изотопу уран-235. Вода, прокачиваемая через канал снизу вверх, охлаждает твэлы и закипает при давлении около 65 атмосфер. Это соответствует температуре кипения примерно 284 градуса Цельсия.
Цепная реакция и управление мощностью
При делении ядра урана-235 высвобождается энергия и 2–3 быстрых нейтрона. Сами по себе они летят слишком быстро, чтобы эффективно расщеплять следующие ядра, поэтому их и замедляет графит. Замедлившись, нейтроны вызывают новые деления — так поддерживается самоподдерживающаяся цепная реакция.
Мощность реактора регулируют 211 управляющими стержнями из карбида бора, поглощающего нейтроны. Чем глубже стержни введены в активную зону, тем больше нейтронов они поглощают и тем ниже мощность. Для полного останова реактора стержни погружают полностью: цепная реакция прекращается за несколько секунд.
От пара до электричества
Паровая смесь из каналов поступает в барабаны-сепараторы, где пар отделяется от воды. Вода возвращается обратно в циркуляционные насосы, пар с давлением 65 атмосфер и температурой 280 градусов направляется на турбины. Турбина раскручивает генератор, вырабатывающий электрический ток частотой 50 Гц. Отработавший пар конденсируется в конденсаторе, охлаждаемом водой из пруда-охладителя или реки, и снова поступает в контур питательной воды.
Тепловой КПД цикла составляет около 30–33%: это типичный показатель для реакторов с насыщенным паром. Остальное тепло отводится в окружающую среду через градирни или водоёмы.
Особенности конструкции РБМК
Главное конструктивное отличие РБМК от большинства реакторов других типов: возможность перегружать отдельные топливные кассеты прямо во время работы на полной мощности. Специальная перегрузочная машина подъезжает к нужному каналу, снимает давление, извлекает кассету и устанавливает новую, не останавливая реактор. Это снижает потери времени и позволяет поддерживать высокий коэффициент использования установленной мощности.
Реакторы типа РБМК-1000 до сих пор работают на нескольких атомных станциях и обеспечивают значительную часть атомной генерации в России. За десятилетия эксплуатации они прошли глубокую модернизацию: изменены топливо, состав управляющих стержней и система аварийной защиты.
