Типичные схемы ядерных реакторов

Ядерный реактор производит и контролирует высвобождение энергии от расщепления атомов некоторых элементов. В реакторе атомной электростанции, энергия используется в виде тепла для производства пара, из энергии которого производится электроэнергия.
Принципы использования ядерной энергии для производства электроэнергии, одинаковы для большинства типов реакторов.

Энергия, выделяемая из непрерывного деления атомов топлива, нагревает воду или газ, для производства пара. Пар используется для привода турбин, которые производят электроэнергию (как и в тепловых электростанциях).

Ядерные реакторы первоначально разработаны  для приведения в движение подводных лодок и больших военных кораблей.

Наиболее распространены реакторы с водой под давлением (PWR), которые имеет воду, с температурой более чем 300 ° С под давлением в своей основной цепи и генерируют пар во вторичной цепи. Менее многочисленны кипящие реакторы (BWR), в которых тепло производится в активной зоне. Оба типа используют воду и как теплоноситель и замедлитель. Так как вода, как правило, кипит при 100 ° С, они имеют прочные стальные детали, чтобы выдержать давление и температуру.


Водо-водяной реактор (PWR)
Это наиболее распространенный тип, для выработки электроэнергии, в мире используется 230 таких реакторов и еще несколько сотен для военно-морских двигателей. Конструкция реакторов PWR возникла для установки на подводных лодках.

Конструкция реактора ЗЦК

Реакторы типа PWR используют обычную воду и как теплоноситель и замедлитель. Конструкция отличается тем, что первичный контур охлаждения, в сердцевине реактора, находится под очень высоким давлением, а во вторичном контуре, вырабатывается пар для приведения в действие турбины. В России они известны как реакторы типа ВВЭР.

Вода в активной зоне реактора достигает около 325 ° C, следовательно, давление в рабочей зоне составляет около 150 атмосфер, чтобы предотвратить её кипение.

Вторичная цепь находится под меньшим давлением, и вода кипит здесь в теплообменниках. Пар приводит в движение турбину для производства электроэнергии, а затем вода конденсируется и возвращается в первичную цепь.

Реактор кипящей воды (BWR)

Эта конструкция имеет много общего с PWR, за исключением того, что пар генерируется прямо в активной зоне.

Схема реактора BWR

Пар проходит через сухие пластины (сепараторы пара) над ядром, а затем непосредственно в турбины, которые, таким образом, являются частью контура реактора. Поскольку вода вокруг активной зоны реакторов, всегда загрязнена радионуклидами, это означает, что турбина должна быть экранирована и иметь  радиологическую защиту, для её технического обслуживания.


Реактор тяжелой воды (PHWR)


Конструкция PHWR реактора была разработана в 1950-е годы, а в последнее время также в Индии. Реакторы PHWR обычно используют природный уран (0,7% U-235) в качестве топлива, следовательно, нуждаются в более эффективном замедлителе, в этом случае тяжелой воде (D2O). PHWR производит больше энергии на килограмм добытого урана, чем другие конструкции, но также производит гораздо большее количество использованного топлива на единицу продукции.

Схема реактора PHWR

Теплоноситель находится в большом резервуаре под названием Каландрия, в котором находится несколько сотен горизонтальных труб под давлением, которые образуют каналы для топлива, охлаждаемый потоком тяжелой воды под высоким давлением в первом контуре. Как и в PWR, кипение основной охлаждающей жидкости вызывает образование пара во вторичной цепи для привода турбины. Такой реактор является менее дорогостоящим, так как не нужно строить сосуд под давлением. Самым ненадежным элементом остаются трубы под давлением.

Расширенный Газоохлаждаемый Реактор (СМА)


Это второе поколение британских реакторов с газовым охлаждением, в котором используется графитовый замедлитель и диоксид углерода в качестве теплоносителя первого контура.

Схема реактора AGR

В качестве топлива используется оксид урана, обогащенный до 2,5-3,5%. Углекислый газ циркулирует через активную зону, достигнув 650 ° C, а затем мимо трубок парогенератора за ее пределами.