МАТЕРИАЛЫ ОРГАНОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ
Ядерный реактор деления должен всегда находиться год контролем, т.е. параметры реактора должны всегда лежать в точных пределах. Безопасная работа реактора может быть осуществлена путем регулирования скорости генерирования нейтронов, скорости потери нейтронов за счет утечки и скорости потери нейтронов за счет паразитного захвата их в активной зоне.
В процессе длительной эксплуатации реактора необходимо учитывать четыре важные фактора (при рассмотрении органов регулирования или регулирующих стержней) : снижение реактивности при выгорании топлива; образование нового топлива в результате облучения нейтронами; накопление продуктов деления или поглотителей нейтронов
и постепенное выгорание регулирующих стержней. Эти факторы требуют принудительной регулировки и прецизионного перемещения регулирующих стержней. Обычно применяются следующие регулирующие стержни: стержни тонкой регулировки, стержни грубой регулировки и аварийные стержни. Эти стержни осуществляют соответственно медленное, относительное быстрое и быстрое изменение скорости генерирования нейтронов или реактивности в активной зоне.
К элементам с относительно высоким сечением поглощения тепловых нейтронов относятся Cd (2450 б), В (755 б), Hf (105 б), Ir (440 б) и редкоземельные элементы. Поскольку Hf, Ir и редкоземельные элементы являются дорогостоящими материалами, предпочтение в первую очередь отдается Cd и В. Однако ни один из элементов не удовлетворяет всем основным требованиям. До настоящего времени для регулирующих стержней использовались материалы, содержащие карбид бора (B4С), например B4С — нержавеющая сталь. Такие оксиды редкоземельных элементов, как Eu2O3, Er2O3 и Gd2O3, иногда добавляются к урановому топливу в качестве выгорающих поглотителей для выравнивания мощности в легководных реакторах (особенно в кипящих реакторах). Сплавы Hf—Ag и Cd—Ir—Ag, которые являются эффективными поглотителями нейтронов в тепловой и надтепловой областях, используются для промежуточных реакторов с водой под давлением. Во многих случаях изменение реактивности реакторов с водой под давлением осуществляется химическими методами, т.е. путем изменения концентрации борной кислоты H3ВO3 в водяном теплоносителе. В общем случае регулирование легководных реакторов осуществляется с помощью регулирующих стержней, выгорающих поглотителей и химическим методом.
ТЕПЛОНОСИТЕЛИ
Поскольку основное назначение теплоносителя заключается в удалении тепла или тепловой энергии из ядерного энергетического реактора с последующим использованием этого тепла, теплоноситель должен иметь хорошие характеристики теплопередачи. Другими словами, он должен обладать высокой теплопроводностью, низкой плотностью, большой теплоемкостью и низкой вязкостью. Чем ниже плотность, тем меньше энергии может потребоваться на принудительную циркуляцию теплоносителя. Низкая точка плавления желательна для исключения возможности затвердевания теплоносителя, а высокая точка кипения — для уменьшения давления пара и повышения рабочей температуры и коэффициента полезного действия атомной электростанции.
Таким образом, материалы реакторных теплоносителей должны иметь хорошие характеристики теплопередачи, низкую точку плавления и высокую точку кипения, низкое сечение поглощения нейтронов, низкую наведенную радиоактивность, высокую термическую и радиационную стабильность, небольшую агрессивность. Основные требования касаются теппофизических, ядерных и химических свойств теплоносителей. В частности, в легководных реакторах АЭС вода выполняет функции как теплоносителя, так и замедлителя, отражателя, защиты и рабочего тела для производства электроэнергии. Теплоносителями могут быть газы (Не, CO2), жидкие металлы (Na, NaK, Bi, Pb) и вода (H2O,D2O).
