Ядерных реакторах тяжелая вода используется

Что такое «тяжелая вода», какова ее роль в атомной энергетике?

Тяжелая вода (D20, окись дейтерия) — вода, в молекуле которой два атома обыкновен­ного водорода замещены атомами дейтерия. Ввиду значительной разницы молекулярных весов обычной (Н20) и тяжелой воды (18,02 и 20,03, соответственно) их физические, химические и биохимические свойства за­метно различаются. Так, их плотности со­ставляют (при 25°С) 0,997 и 1,104 г/смЗ, тем­пература плавления — 0 и 3,8°С, кипения -100 и 101,43°С, соответственно.

Исключительная роль тяжелой воды в ядерных технологиях обусловлена тем, что она является наилучшим из всех известных замедли­телей. Ее коэффициент замедления (некоторый обобщенный показатель, учитывающий как ха­рактерные размеры замедляющего объема, так и потерю нейтронов в замедлителе; чем он больше, тем выше качество замедлителя) равен 5700, в то время как для легкой воды — 61, графита — 205.

Уникальные замедляющие свойства тя­желой воды открывают возможность создания ядерных реакторов с топливом на основе при­родного урана (без обогащения по урану-235, как у легководных реакторов). Такие реакто­ры используются в атомной энергетике ряда стран (Канада, Индия, Аргентина, Республика Корея и др.). Вклад реакторов на тяжелой воде в мировую ядерную генерацию составляет (по мощности) около 5%.

Наиболее распространенными типом энергетического тяжеловодного реактора яв­ляется канадский CANDU — двухконтурный канальный реактор с горизонтальным распо­ложением ТВС в баке с тяжелой водой (калан­дре). Она в CANDU — и замедлитель, и тепло­носитель первого контура, поэтому ее общее количество в таком реакторе весьма значи­тельно (сотни тонн).

Важным экономическим преимуществом ЯТЦ, основанного на таких реакторах, является отсутствие необходимости изотопного обога­щения топлива по урану-235, что необходимо для ядерной энергетики с легководными реакторами. Следует также учитывать возможность работы CANDU в режиме перегрузки топлива «на ходу», чем достигается весьма высокий ко­эффициент установленной мощности. Однако экономические показатели такого ЯТЦ серьез­но ухудшает высокая энергоемкость производства тяжелой воды и ее значительная стои­мость (600-700 долл. США/литр) Кроме того, недостатками CANDU являются более низкий,’ в сравнении с легководными реакторами, КПД (не выше 30%) и необходимость частой перегрузки топлива.

Источник

Тяжеловодный ядерный реактор. Что нам нужно знать?

В мире используются ядерные реакторы различных конструкций. Реактор на тяжёлой воде относится к не очень распространённым, но успешно эксплуатируемым в разных странах мира. Что такое тяжёлая вода и атомный реактор на тяжёлой воде, кратко описано в этой статье.

Фото: atomicexpert

Что такое тяжёлая вода?

Дейтерий – изотоп водорода, который называют устойчивым, потому, что он присутствует в ранее известном водороде в сотых долях процента. Он был открыт в 1932 году. Этот год стал годом чудес для ядерной физики, так как было совершено большое количество фундаментальных открытий, давших стремительное развитие этой науки. При соединении дейтерия с кислородом получается тяжёлая вода.

Тяжёлая вода токсична для живых существ и растений, она тяжелее обычной воды и способна её поглощать. Тяжёлая вода способна снижать скорость движения радиоактивных частиц, поэтому она применяется в ядерных реакторах в качестве замедлителя процесса. Тяжёлую воду получают методом многоэтапного электролиза – это сложная и дорогая технология.

Что такое атомный реактор на тяжёлой воде?

Применение в качестве теплоносителя тяжёлой воды определило название реакторов. Но не только название стало отличительной чертой этих реакторов. Тяжёлая вода позволила применять в реакторах для электрических станций природный уран без его дополнительного обогащения. На этих реакторах получают изотопы для других ядерных процессов.

Впервые реактор на тяжелой воде был построен в США в 1944 году, широкое практическое применение он нашёл для выработки электроэнергии в Канаде. Реакторы успешно работают в Аргентине, на востоке Китая, в южнокорейском Кёнджу, в индийском Раджастхане, в румынском Чернаводэ и в пакистанском Карачи.

Конструктивными особенностями таких реакторов является горизонтальное расположение топливных стержней в напорных трубах. По напорным трубам подаётся тяжёлая вода под высоким давлением. Укороченные топливные стержни загружаются в реактор с двух противоположных сторон без его остановки. Весь рабочий объём реактора заполнен тяжёлой водой с низким давлением и является холодным замедлителем реакции. Реакторы на тяжёлой воде считаются менее опасными для окружающей среды при возникновении аварийного перегрева конструкций.

Что еще нужно знать?

Для исключения разгона реактора при утечке тяжёлой воды из напорных труб в результате их коррозии предусмотрена дополнительная система аварийной остановки реактора. Подготовка теплоносителя относится к наиболее затратному процессу при подготовке реактора к запуску. Теплоноситель не имеет срока годности, поэтому при отсутствии утечек его хватает на весь срок эксплуатации реактора. В качестве топлива в реакторе на тяжёлой воде применяют уран, плутоний и торий, запасы которого в три раза выше, чем урана.

Атомные реакторы на тяжёлой воде имеют значительное распространение в мире, и дальнейшее увеличение их количества зависит от местности, в которой они применяются, наличия в ней руды для топлива и технологических мощностей для производства тяжёлой воды.

Источник

Тяжеловодные реакторы прошлое, настоящее, будущее?

Данная статья посвящена истории создания тяжеловодных реакторов, их современном использовании и ближайших перспективах их применения.

В замедленном кадре

Далеко не все направления развития атомной энергетики оставили за собой столько руин конструкторской мысли, как реакторы с тяжеловодным замедлителем. Свыше десятка непохожих установок были воплощены в металле, но так и остались памятниками несбывшимся расчетам. И все же эта концепция пробила себе дорогу и заняла место среди ведущих атомных технологий.

Тяжелая история

Работа корпусом

Канадская ветвь

Мировые вариации

Современная ситуация

9,5 %), но пригодно для последующей утилизации в реакторах после соответствующей переработки: повышенное, по сравнению с легководными реакторами, содержание U-232 и U-236 в ОЯТ AHWR300-LEU компенсируется высокой совокупной концентрацией U-235 и U-233 (около 8 %).

Интересные факты

28.08.2015 Ингард Шульга

Комментарии

Что-то я совсем химию подзабыл. Тяжёлая вода это реально ДИоксид дейтерия? Точно не оксид?

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии

Гон. Обычная формула воды. По другому — оксигена-ДИ-гидрид. Видимо запутались, где ДИ, а где неДИ.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии

Тяжёловодородная вода имеет ту же химическую формулу, что и обычная вода, но вместо двух атомов обычного лёгкого изотопа водорода (протия) содержит два атома тяжёлого изотопа водорода — дейтерия, а её кислород по изотопному составу соответствует кислороду воздуха [1] . Формула тяжёловодородной воды обычно записывается как D₂O или 2 H₂O.

У автора: D2O2- диоксид дейтерия.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии

> У автора: D2O2- диоксид дейтерия.

Это у автора, а в реакторах то что? D2O или таки D2O2? Если судить по аналогии с пероксидом водорода Н2О2, то пероксид дейтерия должен быть не очень устойчивым соединением.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии

D2O в реакторе, автор ошибся с диоксидом.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии

Какая замечательная статья.

Что же является «узким местом, этой технологии?

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии

Тонким местом является принципиальная ориентация на топливо с низкой плотностью энергии — природный или слабообогащённый уран. Пытаются его «зажечь» с использованием слабо поглощающего нейтроны материала — тяжёлой воды. Низкая плотность энергии требует частых перегрузок топлива и больших размеров ядерных установок для получения той же мощности, что и в установках типа ВВЭР.

Установки к жилью приблизить тоже сложно, например, из-за частых перегрузок топлива, чреватых проблемами нераспространения ядерных материалов.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии

Тонким местом является принципиальная ориентация на топливо с низкой плотностью энергии — природный или слабообогащённый уран.

Неправильная терминология и не является это «тонким местом». Проблемой является низкое топливоиспользование, т.к. минимальная концентрация U235 поддерживающая СЦР в тяжеловодных замедлителях порядка 0,4%, и если загружать природный уран, то 70% 5 изотопа пойдет в ОЯТ.

Установки к жилью приблизить тоже сложно, например, из-за частых перегрузок топлива, чреватых проблемами нераспространения ядерных материалов.

Установки к жилью не приблизить из-за эвакуационных мероприятий, определяемых запроектными авариями. А эвакуация накладывает ограничение на плотность населения в 30-ти километровой зоне. Перегрузки на ходу несут как минусы, так и плюсы, но к нераспространению никаким боком.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии

А само получение тяжелой воды.

Насколько критична эта составляющая?

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии

Стоимость тяжелой воды в CANDU — сотни две миллионов долларов, если правильно помню. Нужна высокая чистота от протия. Технологически ничего запредельного нет, но дорого.

С другой стороны DUPIC с работой на ОЯТ PWR с вибропереупаковкой твэлов вроде как может серьезно экономить деньги на топливном обеспечении. Такая альтернатива ЗЯТЦ для бедных.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии

Не, индусы берегут плутоний. Южная Корея, Китай, м.б. еще кто-то.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии

Южная Корея не имеет мощностей для выделения плутония из РАО, а сжигать в Канду ОЯТ не так уж и эффективно, когда земли мало)))). Китай очень хочет торий включить и Индия тоже, у нее в обще вся атомка в сторону тория не ровно дышит из-за больших месторождений.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии

У вас, как обычно все в кучу :). Я говорил только про DUPIC. У юж. кореии есть проблемы с соглашением 123, но дупик не предусматривает раздельного извлечение плутония из ОЯТ, а только мех Про торий, AHWR и ЗЯТЦ на эпитепловом спектре вообще отдельная тема.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии

А я не заявляю что я спец в атомной отрасли)))Дупик так по мне вообще тупиковая ветка, хоть корейцы и пытаются топливо из ОЯТ делать для своих Канду ( не знаю на сколько успешно). Там ведь смысл в том что в некоторых ОЯТ урана 235 больше чем в природном уране, ну а так как степень выгорания в новых сборках легководных реакторах постоянно повышается, экономическая эффективность всей этой затеи все бледнее и бледнее.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии

Оборотень Тонким местом является принципиальная ориентация на топливо с низкой плотностью энергии — природный или слабообогащённый уран. Пытаются его «зажечь» с использованием слабо поглощающего нейтроны материала — тяжёлой воды. Низкая плотность энергии требует частых перегрузок топлива и больших размеров ядерных установок для получения той же мощности, что и в установках типа ВВЭР.

Установки к жилью приблизить тоже сложно, например, из-за частых перегрузок топлива, чреватых проблемами нераспространения ядерных материалов

Добавка — Из-за частых перегрузок получается ЗНАЧИТЕЛЬНО большее количество радиоактивных отходов, пусть и с меньшим радиационным излучением. А так как перерабатывать РАО могут не только лишь все, то РАО являются большой проблемой. Вся совокупность недостатков приводит к тому, что тяжеловодные реакторы для урана малоперспективны (дохлый номер).

Источник