Замедляющие характеристики замедлителей

Легкая вода имеет самую высокую замедляющую способность, т.к. водород как самый легкий изотоп обладает самыми лучшими рассеивающими свойствами. Замедляющая способность больше всех у обычной воды. Это значит, что с таким замедлителем реактор будет более компактным при то же мощности.

Тяжелая вода имеет самый высокий коэффициент замедления, превосходящий эту же характеристику легкой воды более чем в 30 раз за счет очень малого сечения поглощения нейтронов в D₂О. Поскольку коэффициент замедления у тяжелой воды больше всех, то ядерное топливо в таких реакторах (называются тяжеловодными) используется неиболее экономично, т.к. непроизводительных потерь нейтронов в них существенно меньше, чем в реакторах других типов.

Берилий и окись берилия также являются хорошим замедлителем, но поскольку этот материал очень дорог, его в стационарной энергетике не используют, но он нашел применение в космической ядерной энергетике.

Теплоносители

Реакторный теплоноситель - это жидкое или газообразное вещество (или кипящая жидкость), предназначенное для от­вода генерируемого в реакторе тепла с целью его дальнейшего использо­вания.

Поскольку непрерывно циркулирующий через активную зону ЭЯР тепло­носитель является неотъемлемой её частью, к нему предъявляются те же нейтронно-физические требования, что и к замедлителю.

Требования, предъявляемые к ТН можно разделить на 4 группы: ядерно-физические, теплофизические, физико-химические, эксплуатационные.

1. С точки зрения ядерно-физических требований теплоноситель должен обладать:

- малым сечением захвата нейтронов;

- малым сечением рассеяния нейтронов (для реакторов БН);

- хорошей замедляющей способностью и коэффициентом замедления (для реакторов на тепловых нейтронах);

- высокой радиационной стойкостью;

- малой способностью к активации.

2. Теплофизические требования:

- высокая теплоемкость и теплопроводность;

- низкая вязкость;

- высокий коэффициент теплоотдачи;

- малые энергетические затраты на прокачку теплоносителя.

3. Физико-химические требования:

- коррозионно инертное отношение к материалам, используемым в 1-м контуре;

- химически инертен по отношению к окружающей среде и остальным материалам;

- химически стоек в больших температурных и радиационных полях.

4. Эксплуатационные требования:

- высокий уровень отвода тепла из реактора;

- низкое давление теплоносителя;

- пожаробезопасность;

- нетоксичность;

- отсутствие в контуре дополнительных усложняющих устройств (например, ВВЭР – компенсатор давления);

- распространенность, доступность, дешевизна.

Вода.1. Обладает сравнительно хорошими ядерно-физическими свойствами, относительно большим сечением рассеяния, приемлемым сечением поглощения (s_п).

Основным недостатком воды как теплоносителя является то, что под действием облучения происходит ее радиолиз. При радиолизе выделяется кислород и водород по схеме

В результате, если не принять меры, может образоваться гремучая смесь. Вода в реакторе активируется незначительно. Основная активность воды образуется за счет ядерных реакций на кислороде.

Таким образом, видно, что в теплоносителе (воде) 1-го контура, даже если в него не попадают осколки деления, скапливаются радиоактивные вещества, в том числе и газы. Это требует создания дополнительных устройств химводоочистки и постоянного контроля качества теплоносителя.

2. Вода обладает большой теплоемкостью (С_р), низкой теплопроводностью, относительно малой вязкостью.

Коэффициент теплоотдачи существенно возрастает с ростом скорости, потому приемлемого значения a можно достичь при умеренных скоростях, что приводит к приемлемым затратам энергии на прокачку теплоносителя.

3. При температурах выше 300⁰С и повышенных давлениях происходит интенсификация коррозионных процессов, хотя и при обычной температуре вода коррозионно активна. Это одни из основных недостатков воды как теплоносителя, поэтому в 1-м контуре используются дорогостоящие нержавеющие стали. Химически вода инертна, термически стойкая.

4. Один из самых серьезных недостатков – высокое давление насыщенных паров. С ростом температуры давление насыщенного пара резко возрастает. Поэтому в 1-м контуре необходимо поддерживать высокое давление при достаточно низком температурном уровне отвода тепла из реактора.

Вода не токсична, пожаробезопасна, доступна, ее свойства хорошо изучены, дешева.

Тяжелая вода отличается от обычной воды только ядерно-физическими свойствами. Во всем остальном свойства этих двух материалов абсолютно одинаковы.

Органические теплоносители (дифинил С₁₂Н₁₀, трифинил С₁₂Н₁₄ и др.).

1. Поскольку эти вещества содержат водород, то, с точки зрения ядерно-физических свойств, они - хорошие замедлители, однако сечение поглощения у них выше, чем у воды.

Активируются в реакторе слабо.

В условиях высоких температур (более 450⁰С) и в условиях ионизирующего излучения органические теплоносители полимеризуются.

2. В целом теплофизические свойства хуже, чем у воды, а вязкость выше (n), в результате коэффициент теплоотдачи (a) ниже, а затраты на прокачку высокие.

3. Коррозионно инертны по отношению к конструкционным материалам, химически инертны.

4. Имеют сравнительно высокую температуру кипения при умеренных давлениях, что позволяет получать пар средних параметров с заметным перегревом. Пожаробезопасны. Из-за процессов полимеризации требуется дополнительное устройства для их очистки.