Реакторы бассейного типа: устройство и применение.

Введение

Тип ядерного реактора

Реактор с бассейном, также называемый реактором с открытым бассейном, представляет собой тип ядерного реактора, ядро которого (состоящее из топливных элементов и регулирующих стержней) погружено в открытый бассейн, обычно с водой. Вода выполняет функции замедлителя нейтронов, охлаждающей жидкости и радиационной защиты. Слой воды непосредственно над активной зоной реактора обеспечивает настолько полную защиту от радиации, что операторы могут безопасно работать над реактором. Эта конструкция имеет два основных преимущества: реактор легко доступен, а вся первичная система охлаждения, то есть вода в бассейне, находится под нормальным давлением. Это позволяет избежать высоких температур и значительного давления, характерных для атомных электростанций. Реакторы с бассейном используются в качестве источника нейтронов и для учебных целей, а также в редких случаях для получения тепла, но не для выработки электроэнергии.

Описание

Открытые бассейны имеют высоту от 6 до 9 м (20' до 30') и диаметр от 1,8 до 3,6 м (6' до 12'). Некоторые бассейны, такие как бассейн канадского реактора MAPLE, имеют прямоугольную, а не цилиндрическую форму и часто содержат до 416 000 литров воды. Большинство бассейнов построены над уровнем пола, но некоторые полностью или частично расположены под землей. Существуют бассейны, использующие обычную (легкую) и тяжелую воду, а также так называемые конструкции "бак в бассейне", в которых для охлаждения используется замедлитель на основе тяжелой воды в небольшом баке, помещенном в более крупный бассейн с легкой водой. Спасательные круги иногда располагаются вокруг установки для спасения персонала, который может упасть в бассейн, что придает сооружению сходство с обычным бассейном. Обычно реактор загружается низкообогащенным ураном (LEU), содержащим менее 20% U-235, легированного матрицей, такой как алюминий или цирконий. Высокообогащенный уран (HEU) ранее был предпочтительным топливом из-за большего срока службы, но его использование в невоенных реакторах в значительной степени прекращено для предотвращения распространения ядерных материалов. Однако чаще всего используется обогащение 19,75%, что немного ниже уровня 20%, при котором уран считается высокообогащенным. Топливные элементы могут быть выполнены в виде пластин или стержней, содержащих от 8,5% до 45% урана. В ядро могут добавляться бериллиевые и графитовые блоки или пластины в качестве нейтронных отражателей, а управляющие стержни, поглощающие нейтроны, проникают в ядро для регулирования процесса. Компания General Atomics из Ла-Хойи, штат Калифорния, производит топливные элементы для реакторов TRIGA во Франции для большинства реакторов этого типа по всему миру. Охлаждение активной зоны осуществляется либо за счет конвекции, вызванной нагревом активной зоны, либо в более крупных реакторах – принудительной циркуляцией теплоносителя и теплообменниками. Внутри или непосредственно рядом с активной зоной расположены различные станции для размещения объектов, предназначенных для облучения. Образцы могут опускаться в активную зону сверху или подаваться пневматически по горизонтальным трубам извне бака на уровне активной зоны. Также могут быть установлены эвакуированные или заполненные гелием горизонтальные трубы для направления пучка нейтронов на мишени, расположенные на расстоянии от реакторного зала.

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.

Приложения

Большинство исследовательских реакторов относятся к бассейным типам. Как правило, это реакторы малой мощности, не требующие сложного обслуживания. Например, реактор SLOWPOKE компании AECL имеет лицензию на автономную работу до 18 часов. Боронейтронная терапия – еще одна область медицинского применения.