2.1. Конструкция и параметры реакторов рбмк

Реактор РБМК, общий вид которого представлен на рис.1, является продолжением линии советских канальных водографитовых промышленных реакторов, созданных для наработки оружейного плутония. Принципиальная схема канального водографитового реактора показана на рис. 2. Корпус реактора образован несущими металлоконструкциями для составных частей реактора и состоит из нижней и верхней плит, соединённых кожухом с компенсатором разности температурных расширений. В нём размещаются замедлитель нейтронов в виде графитовой кладки и отражатели [5].

В отличие от корпусных реакторов давление теплоносителя в этих реакторах воспринимается не корпусом реактора, а сотнями топливных каналов небольшого диаметра, изготовленных в виде сварной трубной конструкции, средняя часть которой выполнена из циркониевого сплава, а верхняя и нижняя – из коррозионно-стойкой стали. Отсутствие корпуса большого диаметра под давлением снижает опасность быстрой потери теплоносителя, которая могла бы иметь место при разрыве корпуса.

Важной особенностью канальных реакторов является возможность выгрузки и загрузки топлива при работе реактора на мощности, т.е. на ходу. Для этого используют разгрузочно-загрузочную машину (РЗМ), расположенную в центральном зале. Каждые сутки перегружаются одна - две тепловыделяющие кассеты.

Поперечный разрез РБМК-1000 показан на рис. 3. Активная зона состоит из графитовой кладки с внутриреакторными устройствами, топливных (технологических) и специальных каналов и ТВС.

Графитовая кладка выполняет функции замедлителя и отражателя. Она имеет форму цилиндра диаметром 18 м и высотой 8 м, составленного из 2488 графитовых колонн, которые набраны из графитовых блоков квадратного сечения 250 х 250 мм и высотой 600 мм. Осевые отверстия колонн активной зоны служат для установки топливных каналов, каналов системы и управления (СУЗ) и каналов охлаждения отражателя.

Всего в РБМК-1000 имеется 1693 вертикальных топливных канала, а в РБМК-1500 их несколько меньше – 1661, однако в топливных каналах РБМК-1500 мощность тепловыделяющих кассет в полтора раза выше, чем и объясняется увеличение мощности РБМК на 50%.

Регулирование расхода теплоносителя через активную зону осуществляется поканально с помощью запорно-регулирующих клапанов (ЗРК), причем, вода подается снизу, а образующаяся пароводяная смесь отводится сверху и поступает в барабан-сепараторы. Здесь происходит сепарация пара и воды, после чего насыщенный пар подают на две турбины мощностью по 500 МВт∙(эл) в энергоблоках с РБМК-1000 и по 750 МВт∙(эл) – с РБМК-1500. Отсепарированную циркуляционную воду смешивают с питательной водой, поступающей в барабан-сепараторы от турбоустановок, и затем с помощью главных циркуляционных насосов (ГНЦ) подают на вход топливных каналов.

К основным системам нормальной эксплуатации, важным для безопасности, относят: контур многократной принудительной циркуляции, контур охлаждения каналов СУЗ и охлаждения отражателя (КОО), систему экологического контроля реактора.

К системам безопасности РБМК относят: систему управления и защиты (реализует несколько видов автоматических защит: быстрая аварийная защита, АЗ-1, АЗ-3, АЗ-4, ЛАЗ), систему аварийного охлаждения реактора и систему защиты реактора от превышения давления в межканальном реакторном пространстве. Система аварийного охлаждения реактора состоит из двух подсистем: основной (кратковременного действия) и подсистемы длительного расхолаживания.

На российских АЭС установлены одиннадцать РБМК мощностью по 1000 МВт-эл, а в Литве на Игналинской АЭС до недавнего времени (до декабря 2009 года) успешно работали два реактора РБМК мощностью по 1500 МВт-эл, которые были выведены из эксплуатации не по техническим причинам, а в качестве чисто политического условия для приёма в Евросоюз. В табл. 7 приведены основные характеристики отечественных уран-графитовых водоохлаждаемых реакторов. Полуторакратное увеличение мощности РБМК достигнуто, в основном, благодаря интенсификации теплообмена за счет турбулизаторов потока. В обоих типах РБМК к.п.д. составляет 31,3%, давление пара 6,5 МПа и температура 280°С (насыщенный пар).

Преимущества РБМК:

- отсутствие корпуса большого диаметра под давлением;

- отсутствие парогенератора;

- меньшее обогащение топлива по урану-235;

- перегрузка топлива на ходу;

- возможность перегрева пара;

- живучесть реактора (поканальное регулирование расхода, замена на ходу, негерметичность ТВС).

Недостатки РБМК:

- большие габариты;

- слишком развитая система трубопроводов;

- положительный паровой эффект реактивности;

- сложная система стабилизации;

- большое количество тепловой энергии, аккумулированной в графите, в металлоконструкциях;

- радиоактивный пар на турбине;

- деформация графитовой кладки вследствие радиационного распухания графита.

Следует отметить, что из-за деформации графитовой кладки и соответствующего опасного искривления технологических каналов была временно прекращена в 2012 году эксплуатация первого блока Ленинградской АЭС. В течение 2012-2013 гг. был успешно выполнен комплекс работ по восстановлению работоспособности графитовой кладки этого реактора. В декабре 2013 г. эксплуатация энергоблока была возобновлена. Эти работы выполняются по мере необходимости и на остальных более молодых энергоблоках с РБМК.