Жылы су бассейініндегі ядролық реакторлар

Кіріспе

Ядролық реактордың түрі

Бассейн реакторы, сондай-ақ ашық бассейн реакторы деп аталатын, ядролық реактордың бір түрі болып табылады, оның активтік аймағы (отын элементтері мен басқару таяқшаларынан тұрады) әдетте судың ашық бассейніне батырылады. Су нейтрондық тежегіш, салқындатқыш және сәулеленуден қорғау қызметін атқарады. Реактордың активтік аймағының үстіндегі су қабаты сәулеленуді толығымен қорғайды, сондықтан операторлар реактордың үстінде қауіпсіз жұмыс істей алады. Бұл конструкцияның екі маңызды артықшылығы бар: реакторға қол жеткізу оңай және барлық біріншілік салқындату жүйесі, яғни бассейн суы, қалыпты қысымда жұмыс істейді. Бұл ядролық электр станцияларындағы жоғары температура мен қысымды болдырмайды. Бассейн реакторлары нейтрон көзі ретінде және оқу мақсатында, ал сирек жағдайларда жылу өңдеу үшін қолданылады, бірақ электр энергиясын өндіру үшін пайдаланылмайды.

Сипаттама

Ашық бассейндердің биіктігі 6 м-ден 9 м-ге дейін (20'ден 30'ға дейін) және диаметрі 1,8 м-ден 3,6 м-ге дейін (6'ден 12'ге дейін) ауысады. Кейбір бассейндер, мысалы, Канаданың MAPLE реакторындағыдай, цилиндрлі емес, тіктөртбұрышты болып келеді және көбінесе 416 000 литр суға дейін (110 000 галлон) сыйымдылыққа ие. Көптеген бассейндер еден деңгейінен жоғары салынса, ал кейбіреулері толығымен немесе жартылай жер астында орналасқан. Қарапайым (жеңіл) су және ауыр су түрлері ғана емес, сонымен қатар "бассейндегі резервуар" деп аталатын конструкциялар да бар, олар суыту үшін үлкен жеңіл су бассейнінде орналасқан кішкентай резервуарда ауыр суды пайдаланады. Бассейнге түсіп кетуі мүмкін персоналды құтқару үшін құтқару шеңберлері кейде нысан аумағында орналастырылады, бұл ортаны жүзу бассейніне ұқсас етеді. Әдетте реактор 20%-дан кем U-235 құрамындағы, алюминий немесе цирконий сияқты матрицамен қосылған, төмен байытылған уран (LEU) отынымен зарядталады. Жоғары байытылған уран (HEU) өмір мерзімі ұзақ болғандықтан басымдыққа ие болды, бірақ ядролық қару таралуының алдын алу үшін әскери емес реакторлардан көбінесе алынып тасталды. Дегенмен, көбінесе 19,75% байыту қолданылады, бұл жоғары байыту деңгейі болып саналатын 20% шегінен сәл төмен. Отын элементтері пластиналар немесе таяқшалар түрінде болуы мүмкін, олардың құрамында 8,5%-дан 45%-ға дейін уран болады. Нейтронды рефлекторлар үшін бериллий және графит блоктары немесе пластиналары өзекке қосылуы мүмкін, ал бақылау үшін нейтронды сіңіретін таяқшалар өзек арқылы өтеді. General Atomics компаниясы (Ла-Холла, Калифорния штаты) TRIGA реакторының отын элементтерін Францияда осы типтегі реакторлардың көпшілігі үшін өндіреді. Озектегі конвекция немесе үлкен реакторлардағы мәжбүрлі салқындатқыш ағыны және жылу алмастырғыштар арқылы өзек салқындатылады. Сәулеленуге арналған заттарды ұстауға арналған түрлі станциялар өзек ішінде немесе оған жақын орналасқан. Үлгілер жоғарыдан өзекке түсірілуі немесе өзек деңгейінде резервуардың сыртынан көлденең құбырлар арқылы пневматикалық жолмен жеткізілуі мүмкін. Реактор залынан алыс жерде орналасқан нысаналарға нейтрон сәулесін бағыттау үшін эвакуацияланған немесе гелиймен толтырылған көлденең құбырлар да орнатылуы мүмкін.

Open pools range in height from 6m to 9m (20' to 30') and diameter from 1.8m to 3.6m (6' to 12'). Some pools, like the one at the Canadian MAPLE reactor, are rectangular instead of cylindrical and often contain as much as 416,000 litres (110,000 gallons) of water. Most pools are built above floor level but some are completely or partially below ground. Ordinary (light) water and heavy water only types exist as well as so called "tank in pool" designs that use heavy water moderation in a small tank situated in a larger light water pool for cooling. Life preservers are sometimes located around the facility to rescue personnel that may fall into the pool, further adding to the appearance of a swimming pool like environment. Normally the reactor is charged with low enriched uranium (LEU) fuel consisting of less than 20% U 235 alloyed with a matrix such as aluminium or zirconium. Highly enriched uranium (HEU) was the fuel of choice since it had a longer lifetime, but these have been largely phased out of non military reactors to avoid proliferation issues. However most often 19.75% enrichment is used, falling just under the 20% level that would make it highly enriched. Fuel elements may be plates or rods with 8.5% to 45% uranium. Beryllium and graphite blocks or plates may be added to the core as neutron reflectors and neutron absorbing rods pierce the core for control. General Atomics of La Jolla, CA manufactures TRIGA reactor fuel elements in France for the majority of these types of reactors around the world. Core cooling is accomplished either by convection induced by the hot core or in larger reactors by forced coolant flow and heat exchangers. Various stations for holding items to be irradiated are located inside the core or directly adjacent to the core. Samples may be lowered into the core from above or delivered pneumatically via horizontal tubes from outside the tank at core level. Evacuated, or helium filled horizontal tubes may also be installed to direct a beam of neutrons to targets situated at a distance from the reactor hall.

Қолданбалар

Ғылыми реакторлардың көпшілігі бассейндік типте. Олар көбінесе төмен қуатты, аз күтімді талап ететін конструкциялар болып келеді. Мысалы, AECL-дің SLOWPOKE реакторы 18 сағатқа дейін күзетсіз жұмыс істеуге лицензияланған. Боронды нейтронмен ұстау терапиясы – тағы бір медициналық қолданыс.