§ 6.4. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР В АКТИВНОЙ ЗОНЕ
6.4.1. Теплотехнические характеристики
Дополнительно к теплу, которое выделяется в твэлах, в конструкционных узлах и бетонном корпусе реактора происходит тепловыделение за счет нейтронного и γ-излучений. Кроме того, часть тепла теряется в контуре охлаждения внутренней оболочки корпуса реактора. Некоторое количество тепла в гелиевый контур вносят газодувки при сжатии теплоносителя, работающие от электропривода и, естественно, потребляющие больше энергии, чем ее передается теплоносителю. Ниже приведен пример теплового баланса реактора THTR-300:
Всего. . . 767,6 МВт
Таким образом, общая мощность реактора несколько больше тепловой мощности активной зоны. В реакторах
НТР замедлительное соотношение находится между 5000 и 10000, т. е. на один атом топлива приходится от 5000 до 10 000 атомов графита. Поэтому топливо очень хорошо разбавлено графитом, особенно при его гомогенном размещении в случае торий-уранового цикла. Поскольку графит в активной зоне имеет очень высокую теплоемкость, это исключает существенные температурные колебания за небольшие промежутки времени. Кроме того, достижению высоких удельных мощностей способствует большая площадь теплопередачи сильно разбавленного горючего. В табл. 6.1 приведены энергонапряженность и удельная мощность реакторов HTR в сравнении с реакторами магноксовыми и AGR.
Таблица 6.1
Сравнение некоторых характеристик реакторов AGR, HTR и магноксовых реакторов [8]
Тип реактора | Средняя энерговыработка топлива,* МВт-сут/т | Энергонапряженность, МВт/м3 | Удельная мощность топлива. |
Магноксовый | 4 000 | 0,8 | 1 |
AGR | 20 000 | 3 | 5 |
HTR | 100 000 | 8 | 70 |
* Часто аналогичная характеристика с такой же размерностью называется выгоранием.— Прим. ред. | |||
При гомогенном размещении топлива имеется ограничение по удельной мощности, связанное не столько с теплоотводом, сколько с ядерными условиями и в первую очередь с отравлением протактинием. Проблема теплоотвода может возникнуть при гетерогенном размещении топлива, например в топливных циклах на слабообогащенном уране.
Распределение температуры в активной зоне
В двухзонной активной зоне можно проще осуществить выравнивание нейтронного потока и распределения мощности по радиусу реактора. Это относится к реакторам со стержневыми, призматическими и шаровыми твэлами. Благодаря выравниванию можно получить в радиальном направлении относительно плоское распределение температур.
Само собой разумеется, что в осевом направлений из-за нагрева теплоносителя имеется существенный температурный перепад, так как при прохождении активной зоны теплоноситель нагревается приблизительно на 500° С. Температура топлива примерно на 200° С выше соответствующей температуры газа, перепад между охлаждающим газом и поверхностью твэла составляет около 100° С.
В других, например легководных, реакторах температура внутри твэлов в связи с существенно большими тепловыми потоками зачастую выше, чем в твэлах реакторов HTR. Название «высокотемпературный реактор» обусловлено исключительно высокой температурой газа на выходе из активной зоны.
