Типи атомних реакторів
Одержання електрики з енергії атома в промислових масштабах є звичайним явищем. Фундаментальна відмінність у типах енергетичних реакторів, розроблених і використовуваних у різних країнах, визнають не завжди.
Англійські реактори.
Через гостру нестачу викопного палива і перебуваючи у великій залежності від імпорту нафти, Великобританія стала першою країною, яка зробила значний внесок у освоєння ядерної енергії. У 1955 році, коли про нафтові багатства Північного моря нічого не знали, англійські фахівці використовували реактори з графітовою активною зоною, що охолоджується газом (двоокисом вуглецю). Гарячий газ, що виходить з реактора, використовували для утворення водяної пари та виробництва електрики потужними турбогенераторами. Більш старі реактори типу Magnox, названі так у зв'язку із застосуванням в них паливних контейнерів з магнієвого сплаву, містили 50 т металевого урану природного складу. Відсутність необхідності збагачення палива 235U у дні вважали привабливою рисою даного проекту реакторів. Новіші, удосконалені та охолоджувані газом реактори містять 100 т трохи збагаченого окису урану. Обидва типи реакторів мають масивний бетонний захист через інтенсивне випромінювання, що виходить у міру його експлуатації. І реактор, і теплообмінник розташовані у герметичній споруді. На жаль, ККД першого реактора «Magnox» був низьким через неможливість використання високої температури і великого тиску, оскільки двоокис вуглецю виявився в цих умовах дуже агресивним газом. У 1962 р. було закінчено будівництво атомної електростанції, розташованої поблизу м. Берклі в гирлі нар. Северн (Велика Британія). Вона є прикладом виключно промислового використання енергії.атома виробництва електрики. Безліч подібних, але більших реакторів введено в дію за минулі роки, і зараз вони виробляють значну частину електроенергії, що споживається у Великій Британії. Проте в інших країнах покупців ці реактори не знайшлося. Більш досконалі атомні розробки, вкрай привабливі з багатьох точок зору, програли в боротьбі за експорт, тому що не змогли витримати економічних витрат на досягнення технічної досконалості, такої необхідної у світовій конкуренції. Справді, майбутні атомні електростанції у Великій Британії, мабуть, стануть комплектувати реакторами, які працюють на легкій (звичайній) воді, аналогічними тим, що зараз застосовують у США.
Американські реактори
У 50-х роках у США, мабуть, було достаток викопного палива, зокрема нафти, і як наслідок цього не поспішали робити перші кроки до освоєння атомної енергії. Були піддані ретельному аналізу різні запропоновані проекти реакторів, але 1957 р. Комісія з атомної енергії США сконцентрувала свою увагу двох типах ядерних реакторів, засновані на використанні як уповільнювач легкої (тобто. звичайної) води. Остаточну розробку даних типів реакторів доручили приватній промисловості, і зараз країна має кілька таких комерційних моделей. Багато хто з них застосовують у США, а деякі були продані в інші країни. Опишемо коротко два основні конкуруючі між собою типи реакторів. Водно-киплячий реактор (ВКР) схематично показаний на рис. 1. У цій системі теплоносій (звичайна вода) доводиться до кипіння в реакторному корпусі.
Мал. 1. Схема водно-киплячого реактора. Це перший із двох типів легководних реакторів, що виготовляються в США. Уактивної зони реактора відбувається кипіння води, а пара збирається у верхній частині товстостінного корпусу реактора.
Пара під тиском збирається під куполом корпусу і надходить безпосередньо через трубопровід на турбіну, яка обертає електрогенератор. Важливо визнати, що у зазначеному типі реактора будь-яка радіоактивна речовина, що міститься в охолодженій воді, може потрапити разом з парою на турбіну. Щоправда, тут передбачені фільтрувальні пристрої, що утримують радіоактивність, проте певний неминучий витік радіації при роботі ВКР вищий, ніж у інших типів реакторів. Паливом є таблетки з окису урану (UO2), збагачені приблизно до 2-3% вмісту в них 235U. Пігулки укладені в паливні стрижні або штирі, які зазвичай мають довжину 3,65 м і містять приблизно 212 кг окису урану. Активна зона реактора, що має потужність 1000 МВт, повинна містити приблизно 760 таких елементів із загальною масою палива (окису урану) близько 186 т. 2. У цьому типі реактора вода в активній зоні знаходиться під великим тиском, що виключає її кипіння. Тепло нагрітої води передається на другий теплообмінний контур, що містить воду, під відносно низьким тиском. Вода в цьому контурі кипить, перетворюючись на пару, яка надає руху турбіни, що виробляють електрику. Особливість полягає в тому, що пар не містить ніяких радіоактивних продуктів активної зони реактора. Але на практиці все ж таки мізерний витік радіоактивності між першим і другим контурами теплообміну відбувається, проте відпрацьована пара з ВОР містить менше радіоактивних речовин, ніж пар з ВКР. Ядерне паливо подібне, але не ідентичне тому, що застосовують уВКР. Дуже важливий момент в успішній розробці як воднокиплячого, так водно-опресованого реакторів - необхідність створення корпусу, що витримує величезний тиск, в якому міститься активна зона реактора. Подібні ємності приблизно 9 м у діаметрі та 21 м завдовжки, виготовляють із сталі товщиною 20 см.
Мал. 2. Схема водноопресованого реактора. Це другий із двох типів легководних реакторів. виготовлені в США. Пара утворюється у вторинному контурі, внаслідок чого він ізолюваний від води, яка омиває активну зону реактора.
Вони повинні витримувати тиск у кілька сотень атмосфер за дуже високої температури. Виникла спеціальна галузь індустрії з виробництва корпусів реакторів, що працюють під великим тиском, які займають своє гідне місце серед найбільших об'єктів зі сталі, що колись виготовлені людиною. Суворий контроль за якістю, рентгенографічне обстеження та часті випробування необхідні під час виробництва та подальшої експлуатації, тому що безпека працюючого реактора великою мірою залежить від цілісності його корпусу. Підраховано, що якщо вжити відповідних заходів дотримання акуратності в роботі, як під час виробництва, так і технічного обслуговування цих ємностей, шанс виникнення аварії буде знижений менш ніж до одного на мільйон років експлуатації.