Технические основы использования ядерной энергии
Реактор во время работы выделяет различное количество теплоты, так как осколки деления затормаживаются, идёт излучение бета и альфа-частиц, ядра взаимодействуют с нитронами, а также с тем, что быстрые нитроны замедляются.
Температура, которая достигается реактором, ограничивается особенностями ТВЭЛ и материалами конструкции. Порядка 94% энергии реактора очень быстро переходит в теплоту, так что плотность конструкционных материалов остаётся прежней. После отключения реактора частицы замедляют свой распад в сотни раз, и из-за этого там появляются источники выделения тепла.
На практике предельная мощность реактора ограничена быстротой отвода выделяемого тепла. Этот показатель на сегодняшний день составляет порядка 103 МВт/м3.
Кратко о составе реактора
Энергетическим ядерным реактором является комплекс устройств, которое осуществляет реакцию деления элементов, а выделяемая теплота удаляется при помощи теплоносителя.
Активная зона — важный элемент реактора, потому что именно в ней происходят реакции по распаду веществ. Конструктивно это несколько ТВЭЛ, в которых размещено ядерное топливо. Чтобы замедлить реактор чаще всего используется вода как тяжёлая, так и обычная. Работа выполняется введением в активную зону стержней, которые поглощают нитроны.
Требования к активной зоне
Активная проектируется с таким расчётом, что скорость реакции не смогла бы самопроизвольно увеличиться. Внутри её устанавливаются тепловыделяющие элементы, состоящие из урана. Поверх них предусмотрена стальная или циркониевая оболочка. На её поверхности тепловыделение составляет порядка 108 Вт/м3, поэтому тепловыделяющие элементы должны обладать большой прочностью. Рабочая температура в активной зоне колеблется в пределах 300–6000 градусов. Ядерное топливо не должно взаимодействовать с продуктами деления.
Чтобы обеспечить сохранность работы, оболочка элемента должна оставаться весь срок службы герметичной, после чего её отправляют на переработку. Во время эксплуатации на оболочке появляются микротрещины и прочие дефекты, из-за которых топливо контактирует с носителем тепла.
