Характеристики теплоносителей.

Теплоносители предназначены для отвода тепла, выделяющегося в результате цепной реакции деления горючего. Теплоносителем в энергетическом реакторе могут быть газ, обычная вода, тяжелая вода, расплавленный металл, органические вещества.

При выборе теплоносителя к нему предъявляются требования:

1) Теплоноситель должен иметь min , а в реакторах на быстрых и малый коэффициент замедления к_з.

2) Теплоноситель должен иметь высокий α (особенно для судовых, где требуется min вес и габариты). Max α у расплавленных металлов, вода, min α у газов.

3) Теплоноситель должен иметь “max” значение плотности и теплоемкости, так как чем они больше, тем больше тепла заключается в единице объема (вода- наилучший, металлы имеют большое ρ, но малое С_р, а газы наоборот).

4) Min мощность на перекачку теплоносителя. Чем больше ρ и С_р, тем меньше необходима мощность (мощность пропорциональна кубу весового расхода).

5) Теплоноситель должен иметь высокую температуру закипания. Чем выше температура кипения, тем ниже давление в системе, которое необходимо для предотвращения вскипания теплоносителя (наилучшие металлы при использовании давления в системе может быть близким к атмосферному), вода требует большего давления, а газ по температуре не имеет ограничения, сколько требуется.

6) Температура плавления должна быть возможно низкой (для металлов). Если температура плавления больше комнатной, то при пуске реактора требуется специальная система для разогрева теплоносителя, что усложняет и удорожает установку.

7) Устойчивость под воздействием облучения. Это общее требование для всех материалов, применяемых в реакторах.

8) Малая коррозионная активность.

9) Безопасность в обращении (в этом отношении серьезными недостатками обладают щелочные металлы, ртуть и некоторые газы).

Вода - как замедлитель и теплоноситель. Хорошие теплопередающие свойства, больший С_р, дешева, малая вязкость, освоена технология. Но коррозионная активность, низкая температура кипения, больший тепловых , необходимость применения обогащенного горючего.

Тяжелая вода. Хороший теплоноситель, меньший по сравнению с водой и дает большую экономию нейтронов. Но высокая стоимость. И тяжелая вода, и вода при облучении нейтронами становятся радиоактивны. Кислород О¹⁶ в результате реакции (n, p) обогащается в радиоактивный N¹⁶, испускающий жесткие γ- лучи (7,5 и 6,1Мэв) с периодом полураспада 7,5сек. Это означает, что в течение около 1 минуты азот почти полностью распадается. Однако трубопроводы первого контура и насосы должны размещаться в защите для предотвращения облучения обслуживающего персонала.

Жидкие металлы. Имеют высокую температуру кипения при низком р, хорошие теплопередающие свойства, достаточная тепловая и радиационная устойчивость. К недостаткам щелочных металлов относятся- реакция с водой и кислородом. Большинство жидких металлов становятся радиоактивными, что снижает доступность первого контура и усложняет обслуживание установки. Используют Na, сплав Na и К, ртуть, сплав висмута со свинцом.

Жидкие органические носители. Теплоносители и одновременно замедлители: дифенил С₁₂ Н₁₀, трифенил С₁₈Н₁₄, изопропилфенил С₁₅Н₁₆ и др., а также дифенильные смеси. Так как в органических веществах много водорода, они обладают хорошими замедлительными свойствами, высокая температура кипения, слабо активны при облучении, не вызывают коррозии.

Недостаток – разложение под влиянием нейтронного облучения, низкий .

Газы. Используются Не, N, CO₂ и др. Газы обладают хорошей радиационной и термической стабильностью позволяют получить высокую температуру в реакторе, невысокая корр. акт., просты в обращении.

Недостаток – малый , большие затраты мощности на циркуляцию теплоносителя.

Не – малый , хорошие теплоперед. свойства, термически устойчив, нет коррозии, не подвержен радиации. Но – высокая стоимость, большая текучесть, ограниченность производства.

СО₂ – недостаток – большой расход энергии на циркуляцию по сравнению с Не и Н₂ и активность по отношению к графиту при высоких температурах.

N₂ – дешев, легко доступен, химически инертный, стоек при облучении и при хорошей очистке может использоваться в одноконтурных схемах без специальной защиты турбокомпрессора. N₂ уступает Не и СО₂ по своим теплотехническим данным.

Н₂ – наиболее эффективный теплоноситель из газов, max , но взрывоопасен при смешивании с О₂.