Водо-водяной энергетический реактор

ВВЭР (Водо-водяной энергетический реактор) - водо-водяной корпусной энергетический ядерный реактор с водой под давлением, одна из наиболее удачных ветвей развития ядерных энергетических установок, получившая широкое распространение в мире.

Ядерный реактор деления - это устройство, в котором происходит контролируемая цепная реакция деления атомных ядер тяжёлых элементов (урана, плутония, тория) с целью получения энергии. В процессе деления ядер высвобождается большое количество энергии в виде тепла, а также образуются новые нейтроны, которые могут поддерживать дальнейшую реакцию.
Типы реакторов:

• ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор) - использует воду в качестве замедлителя и теплоносителя;
• РБМК (реактор большой мощности канальный) - канальный реактор с графитовым замедлителем и водяным теплоносителем;
• CANDU - реактор с тяжёлой водой в качестве замедлителя и природным ураном в качестве топлива;
• БН (реакторы на быстрых нейтронах, например БН-600, БН-800) - способны воспроизводить вторичное ядерное топливо в процессе работы (реакторы-размножители).

Общее название реакторов ВВЭР в других странах - PWR, они являются основой мировой мирной ядерной энергетики.
1^я станция с таким реактором была запущена в США в 1957 г., АЭС Шиппингпорт.

ВВЭР был разработан в СССР параллельно с реактором РБМК и обязан своим происхождением одной из рассматривающихся в то время реакторных установок для атомных подводных лодок.
Идея реактора была предложена в Курчатовском институте С. М. Фейнбергом.
Работы над проектом начались в 1954 г., в 1955 г. ОКБ «Гидропресс» приступило к его разработке.
Научное руководство осуществляли И. В. Курчатов и А. П. Александров.

1^й советский ВВЭР (ВВЭР-210) был введен в эксплуатацию в 1964 г. на первом энергоблоке Нововоронежской АЭС.
1- й зарубежной станцией с реактором ВВЭР-210 стала введенная в работу в 1966 г. АЭС Райнсберг (ГДР).

Создатели реакторов ВВЭР:

• научный руководитель: Курчатовский институт (г. Москва),
• разработчик: ОКБ «Гидропресс» (г. Подольск),
• изготовитель: Ижорские заводы (г. Санкт-Петербург), Атоммаш (г. Волгодонск, с начала 90-х до 2012 г. производство реакторов было остановлено) и компания ŠKODA JS (Чехия, до начала 90-х гг.).

Реактор типа ВВЭР-600 - это водо-водяной энергетический реактор средней мощности с водой под давлением, разработанный в рамках развития технологии ВВЭР. Он предназначен для использования в АЭС и отличается наличием элементов спектрального регулирования, что позволяет эффективно работать в замкнутом ядерном топливном цикле с применением уран-плутониевого топлива.

Спектральное регулирование - способ управления реактивностью ядерного реактора за счёт изменения спектра нейтронов путём варьирования водоуранового отношения в активной зоне. В реакторах типа ВВЭР‑600 с такой
технологией используют специальные конструктивные элементы - вытеснители.

В начале топливной кампании вытеснители находятся в активной зоне и уменьшают объём замедлителя (воды), из‑за чего спектр нейтронов становится более жёстким. Это приводит к:

• снижению сечения деления нечётных делящихся изотопов;
• увеличению сечения резонансного захвата изотопа урана‑238;
• росту накопления делящегося плутония‑239 (что экономит делящийся материал);
• увеличению доли делений на изотопе урана‑238.

По мере выгорания топлива вытеснители извлекают из активной зоны - спектр нейтронов смещается в тепловую область, реактивность растёт. Это позволяет компенсировать снижение реактивности без использования борного регулирования в нормальных условиях эксплуатации.

ВВЭР-1200

ВВЭР-1200 - водо-водяной энергетический реактор (PWR, pressurized water reactor) поколения 3+, разработанный в России.
Основные характеристики:

• электрическая мощность: 1200 МВт;
• тепловая мощность: около 3200 МВт;
• срок службы: до 60 лет с возможностью продления на 15 лет;
• топливо: ТВС, состоящие из ТВЭЛ с таблетками из диоксида урана, слабообогащённого по 235-му изотопу;
• топливный цикл: 18 месяцев без перегрузки ядерного топлива (ЯТ);
• коэффициент использования установленной мощности (КИУМ): до 90%.

Технология работы
В реакторе вода выполняет две функции: замедляет нейтроны и передаёт тепло от активной зоны к турбинам.

Конструкция включает 2 контура:

• в первом контуре вода под давлением циркулирует через активную зону, нагревается;
• во втором контуре вода закипает, превращается в пар, который вращает турбину и генерирует электроэнергию. После этого пар конденсируется, превращаясь обратно в воду.

Такая система предотвращает попадание радиоактивных веществ во внешний контур, поэтому вода второго контура остаётся нерадиоактивной.

Системы безопасности ВВЭР-1200 позволяют локализовать аварии без участия оператора:

• Ловушка расплава. Вес - несколько сотен тонн, расположена под реактором. Предотвращает аварийное распространение расплавленного ЯТ на бетонное основание защитной оболочки. Ловушка заполнена оксидами алюминия и железа, которые поглощают тепло и охлаждает кориум - высокотемпературную расплавленную топливную массу;
• Система аварийного охлаждения активной зоны (САОЗ). Ёмкости с холодной борной кислотой под давлением. При разрыве корпуса или трубопроводов борная кислота вводится в реактор, глуша его и обеспечивая охлаждение;
• Пассивные системы отвода тепла. Обеспечивают неограниченно длительный отвод тепла от реакторной установки при авариях с полной потерей энергопитания;
• Двойная защитная оболочка. Внутренняя оболочка предотвращает утечку радиоактивных веществ при авариях, а внешняя противостоит природным и техногенным воздействиям;
• Фильтры на выходе из межоболочного вентилируемого пространства.

Научный руководитель проекта - РНЦ Курчатовский институт, разработчик - ОКБ Гидропресс, основной изготовитель - Атоммаш.

Первый энергоблок с реактором ВВЭР-1200 введен в эксплуатацию в 2017 году на Нововоронежской АЭС-2 (энергоблок №6). Ныне такие реакторы введены в эксплуатацию на Ленинградской АЭС-2 и Белорусской АЭС.

ВВЭР-1200 используется при строительстве АЭС в Турции (Аккую), Египте (Эль-Дабаа), Бангладеш (Руппур) и других странах. Реактор соответствует всем стандартам и требованиям по безопасности МАГАТЭ.

Преимущества ВВЭР-1200:

• повышенная мощность при сопоставимых с ВВЭР-1000 размерах оборудования;
• возможность манёвра мощностью в интересах энергосистемы;
• высокий КИУМ;
• длительный срок службы;
• улучшенные удельные показатели.