Нейтронно-физические особенности газо-графитовых реакторов

Графито-газовый ядерный реактор (ГГР) — корпусной ядерный реактор, в котором замедлителем служит графит, теплоносителем — газ (гелий, углекислый газ и пр.). Реакторы с газовым теплоносителем наиболее безопасны. Это объясняется тем, что газ практически не поглощает нейтроны, поэтому изменение содержания газа в реакторе не влияет на реактивность.

В Великобритании работает несколько АЭС с ГГР, тепло от которых отводится углекислым газом. Оболочки ТВЭЛов и каналы в ГГР изготовляют из сплавов магния, слабо поглощающих нейтроны. Это позволяет использовать в качестве ядерного топлива природный и слабообогащённый уран. Углекислый газ прокачивают через реактор под давлением 10—20 атм. Его температура на выходе около 400 °C. Удельная мощность реактора составляет всего 0,3—0,5 кВт/кг, то есть примерно в 100 раз меньше, чем в ВВР и ГВР (Графито-водный ядерный реактор). В усовершенствованных ГГР оболочки из сплава магния заменены оболочками из нержавеющей стали, а природный уран — двуокисью обогащённого урана. Такие изменения в конструкции ТВЭЛа позволили повысить температуру углекислого газа на выходе до 690 °C, удельную мощность —примерно в 3,5 раза, а КПД АЭС — до 40 %.

ВТГР (Высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы) - источники тепла с уникально высокой температурой теплоносителя - до 1000°С, поэтому их использование позволяет значительно расширить сферу экономически эффективного применения ядерной энергии.

Достоинства и недостатки ЯР с газовым теплоносителем:

· Основные преимущества газовых теплоносителей и рабочих тел по сравнению с жидкими веществами - более высокая термическая и радиационная стойкость, химическая (коррозионная) пассивность, более высокий КПД РУ. Так же к достоинствам газового теплоносителя следует отнести его сравнительно слабую коррозионную активность, что позволяет использовать в контакте с ним обычные углеродистые стали, он слабо активизируется и первый контур не требует громоздкой биологической защиты.

· Недостатки – малые плотность, теплоемкость и теплопроводность и, следовательно, низкая интенсивность теплоотдачи; при применении газов в качестве теплоносителей необходимо высокое давление (до 60 атм.) в контуре при разумных мощностях, затрачиваемых на их прокачку. Для увеличения коэффициента теплоотдачи выбирают предельно высокие скорости циркуляции теплоносителя, а в некоторых типах применяются оребренные твэлы. Все это в конечном итоге приводит к значительным затратам на перекачку теплоносителя, что характерно для установок с газоохлаждаемыми реакторами. Особенностью их являются также большие размеры газового контура, обусловленные малой удельной теплоемкостью теплоносителя.