Цикл ядерной энергетической установки.

Процесс преобразования энергии в ядерной энергетической установке состоит в следующем

В ядерном реакторе 1 в результате деления атомного топлива выделяется теплота Q. От реактора отводится потоком теплоносителя в парогенератор 2. И передается там рабочему циклу, который аналогичен циклу обычной паротурбинной установки на насыщенном паре.

Различают атомные ТЭЦ (АТЭЦ), конденсационные ТЭЦ атомные котельные. Они могут быть выполнены по одно, двух и трехконтурным схемам.

В одноконтурной схеме все оборудование и рабочее тело работают в радиационно-активных условиях, поэтому имеется повышенная опасность заражения обслуживающего персонала, помещений, станции и сетевой воды для теплоснабжения при нарушении герметичности теплофикационных теплообменников.

В двухконтурных АТЭЦ радиактивным является только первый контур с теплоносителем циркулирующим через реактор. Во втором контуре работают при отсутствии радиактивности.

Наибольшая радиационная безопасность обеспечивается в трехконтурной схеме. Основной недостаток – высокие капитальные затраты.

Большинство атомных реакторов работает на природном и слабообогащенном топливе Уран-235 (от 0.7 до 3¸10%) и Уран-238 – это топливо находится в особых тепловыделяющих элементах ТВЭЛ-ах, которые собираются в кассеты и размещаются в твердом или жидком замедлителе скорости нейтронов 2¸4 км/с и выделяется при распаде U²³⁵. В качестве замедлителя используются тяжелая и природная вода, графит. Кроме того, в опасных ситуациях в реактор вводят систему стержней из специального материала: бор, кадмий, дафний. Которые сильно поглощают нейтроны и гасят цепную ядерную реакцию.

Иначе устроены более безопасные реакторы на быстрых нейтронах 10 тыс.км/сек. (БН-350, БН-600). В них вместо воды для отвода из реактора тепловой энергии используется расплавленный натрий. Температура кипения » 900 °С, соответственно лишь при этой температуре натрий начинает превращаться в пар. А давление внутри реактора должно резко повысится, создавая угрозу взрыва. Намного раньше при более низких температурах саморазогрев реактора приводит к тому, что элементы его активной зоны расширяются, а рост объема конструкции приводит к уменьшению потока нейтронов и реактор саморазрушается не доходя до критической точки. Способность реакторов быстро самозаглушаться было известно давно, но решающее значение она приобрела в последнее время. К тому же быстрые реакторы преобразуют попутно уран U²³⁸, которого в природном уране U²³⁵ больше, в плутоний U²³⁵ ядерное горючее, которое дает не затухающую цепную реакцию, а U²³⁸ не дает такую такую реакцию. Плутония получается больше, чем загружается U²³⁵.

Кроме АТЭЦ строят так же атомные котельные, атомные станции теплоснабжения мощностью 860 ГКалл/г = 3600 ГДж/час. Одна такая котельная за год замещает » 830 тыс.тонн условного топлива.

Для такой атомной станции теплоснабжения принципиальная схема аналогична трехконтурной АТЭЦ.