Основу конструкции корпусного реактора, например реактора ВВЭР, составляет толстостенный металлический корпус, перекрытый сверху крышкой (рис. 5.25). В средней части корпуса размещена активная зона. Управление реактором осуществляется сверху системой СУЗ, стержни которой проходят через крышку реактора.
Защиту реактора можно разделить на две: внутри корпусную и внекорпусную. Первая выполняет функции как обычной биологической защиты, так и радиационной защиты корпуса, т. е. снижающей тепловой поток и плотность потока излучений на корпус до допустимых значений. Внекорпусная защита дополнительно ослабляет плотность потока нейтронов и γ-излучения до значений, определяемых допустимой мощностью дозы за защитой.
Внутрикорпусная защита в радиальном от активной зоны направлении обычно представляет собой ЖВЗ, т. е. чередующиеся слои стали и воды, причем первый от активной зоны слой стали — это так называемая шахта активной зоны, т. е. цилиндрическая стальная конструкция, ограничивающая активную зону.
Рис. 5.25. Конструкция защиты реактора ВВЭР-440:
1 — корпус реактора; 2 — защита из воды (бак с водой); 3 — бетонная шахта реактора (обычный строительный бетон)
Толщина ЖВЗ 35— 50 см. Например, в реакторе ВВЭР-440 толщина радиальной радиационной защиты 48 см, из которых 24 см — вода. Непосредственно за ЖВЗ расположен корпус толщиной 15—20 см (у ВВЭР-440 14 см, у ВВЭР-1000 18 см). Защита вверх обеспечивается слоем воды, крышкой и другими защитными устройствами. Так как толщина слоя вода достаточно большая (у ВВЭР-440 60 см), то для радиационной защиты крышки каких-либо дополнительных защитных слоев не требуется. При необходимости здесь также можно установить стальные листы. Вниз от активной зоны радиационная защита — вода или ЖВЗ.
За пределами корпуса защита выполняется из бетона или из воды и бетона. Например, в радиальном направлении на АЭС с ВВЭР-440 (в более ранних вариантах) размещали кольцевой стальной бак, заполненный водой (95 см воды, около 2,5 см стали), а за ним слой бетона (300 см). На более поздних конструкциях и на АЭС с ВВЭР-1000 предусмотрена сухая боковая защита: вместо бака с водой слой серпентинитового бетона, охлаждаемый специальным технологическим контуром. Вверх от активной зоны в защите применяют различные конструкции и материалы, например защитный бетонный колпак или металлический колпак. Назначение такого колпака — не только ослабление плотности потока излучения, прошедшего через защиту, но и излучения, прошедшего через зазоры в каналах СУЗ и рассеянного приводами СУЗ. Вниз от активной зоны — защита из бетона.
Боковая бетонная защита образует шахту реактора, между стенками которой и корпусом остается зазор. Этот зазор сверху частично перекрывают бак с водой или сухая защита из бетона, над которой обычно выше патрубков, отводящих и подводящих теплоноситель, монтируют перекрытие из бетона, так называемую кольцевую бетонную консоль. Остающиеся и после этого зазоры перекрывают засыпной защитой, размещаемой в специальных кожухах. Засыпную защиту делают из серпентинита или из серпентинита и чугунной дроби. Иногда добавляют в смесь карбид бора.
Засыпка и бетонная консоль являются также защитой от промежуточных нейтронов, натекающих в верхнее полупространство по корпусу реактора как по нейтроноводу.
Выбор материалов для защиты на АЭС с ВВЭР определяется теми же соображениями, что и на АЭС с другими реакторами.
Примерно по такому же принципу конструируют защиту кипящих корпусных реакторов, а также других корпусных реакторов. Рис. 5.26 дает представление о защите корпусно-канального реактора с тяжеловодным замедлителем КС-150 первой Чехословацкой АЭС. Наиболее сложная часть защиты этого реактора — внутрикорпусная зашита в направлении вверх. Из-за большого числа технологических каналов* и каналов СУЗ эту защиту нельзя было сделать сплошной, поэтому в защите были применены специальные пробки над технологическими каналами с устройствами перекрытия щелей. Ниже размещена защита из графита между двумя стальными плитами, пронизанными отверстиями под технологические каналы. Ниже активной зоны установлена также защита из графита и стали. Выбор материалов внутрикорпусной защиты определялся температурой и необходимостью исключить изотопный обмен между тяжелой водой и материалом защиты. Поэтому, в частности, в составе внутрикорпусной защиты не применены водородсодержащие материалы.
* Технологические каналы перегружают без останова реактора.
Рис. 5.26. Схема защиты реактора КС-1500:
1 — защита из стали; 2 — корпус реактора; 3 — верхняя защита; 4 — защита из графита: 5 — защита из воды; 6 — тяжелая вода; 7 — защита из обычного строительного бетона: 8 — нижняя защита
Внекорпусная защита — вода в баке из стали и бетон. Как в радиальном направлении, так и в направлениях вверх и вниз защитные функции выполняет также и тяжеловодный замедлитель.
