книги2 / 978-5-907297-94-4_2021

Рисунок 13 –Общийвид			реактора CANDU6:
1–каландр; 2–обшивка каландра; 3–трубкикаландра;					4–опорное кольцо торцевого
щита; 5–трубный лист; 6–трубная		решетка торцевогоэкрана;				7–трубки -охладители
торцевогоэкрана; 8–торцеваязащита;		9–защита изстальных шариков; 10–концевые
уплотнения топливных каналов; 11–трубопроводы				подвода теплоносителя; 12 –спуск
замедлителя; 13–трубопровод подвода замедлителя; 14датчики горизонтального
потока нейтронов ижидких протечек; 15–ионизационные						камеры; 16–опоры для
защиты от землетрясений; 17–стенкашахты			реактора; 18 –трубопровод главного
расширительногобака;	19–навесныезащитные			плиты; 20–трубопровод спуска
замедлителя; 21–разрывнаямембрана;		22–форсунки			дистанционным управлением; 23
–смотровое окно; 24–	стержниаварийнойзащиты;			25–регулирующие стержни; 26–
контрольные стержни; 27–датчик зоны контроляпротечек;						28–вертикальный датчик
потока нейтронов; 29–трубный				лист каландра
		110

Активная зона CANDU размещена в горизонтально расположенном цилиндрическом баке-каландре из нержавеющей стали, заполненном тяжелой водой. Бак между плоскими торцами пронизан трубами каландра. Наружная поверхность бака окружена бетонными стенками, заполненными обычной водой, которая является тепловой и биологической защитой. Горизонтальные рабочие каналы размещены в трубах каландра и проходят через торцевую биологическую защиту. Теплоноситель по индивидуальным коммуникациям раздается по параллельным рабочим каналам, при этом он подводится с одного торца, а отводится с другого. АЭС с реакторами CANDU работают по двухконтурной схеме, на турбину поступает пар, генерируемый в парогенераторе. Система охлаждения в реакторе АЭС «Пикеринг» состоит из двух петель. Направление движения теплоносителя в рабочих каналах от каждой петли противоположное. КПД энергоблока с реакторами CANDU равен около 30 %.

Замедлитель D2O заливается в межтрубное пространство бакакаландра, над уровнем которого имеется газовая подушка, выполняющая роль компенсатора объема. Температура замедлителя в канальных тяжеловодных реакторах поддерживается на уровне ~70° С. Это позволяет иметь низкое давление в баке с D2O. Поэтому трубы каландра, выполняемые обычно из слабо поглощающего нейтроны алюминиевого сплава, сравнительно тонкостенные. При поддержании низкой температуры замедлителя в тяжеловодных реакторах формируется исключительно мягкий спектр тепловых нейтронов. Однако для поддержания температуры тяжелой воды на уровне 70 °С необходимо постоянно отводить от нее тепло, выделяющееся при взаимодействии D2O с нейтронами и гамма-квантами, количество которого составляет примерно 6 % полной тепловой мощности реактора.

В реакторах такого типа имеет место перетечка тепла от горячего теплоносителя, протекающего в рабочих каналах, к более холодному замедлителю. Для сведения к минимуму этой перетечки рабочие каналы, несущие давление теплоносителя, располагают в трубах каландра с некоторым

111

зазором, заполняемым либо газом, либо другим изоляционным материалом. Обычно используется газ, который создает хорошее термическое сопротивле,н вследствие чего перетечка тепла по сравнению с тепловыделением непосредственно в замедлителе мала. Для съема выделившегося тепла в замедлителе предусмотрен автономный контур охлаждения с теплообменниками и насосами, в котором циркулирует D2O. Тепло это низко потенциальное и практически не используется, что является прямой потерей.

В качестве топлива в реакторах CANDU используется диоксид урана с природным содержанием делящегося изотопа 235U. На рис. 14 показана ТВС реактора «Пикеринг». Она состоит из пучка стержневых твэлов в оболочке из циркония. Диаметр твэлов 15,2 мм, число стержней в пучке 28. Длина ТВС составляет 495 мм, а всего их в одном рабочем канале 12. Труба рабочего канала в пределах активной зоны также выполнена из циркония, а торцевые части – из нержавеющей стали. Как видно, основным конструкционным материалом в активной зоне, также, как и в водоводяных реакторах, является сплав на основе циркония. Перегрузка топлива производится на ходу путем проталкивания ТВС от одного торца к другому. Для этого имеется две перегрузочные машины, размещенные с противоположных торцов, которые стыкуются с каналом, уплотняются с ним, удаляют защитные пробки. Затем одна из них подает ТВС в канал, проталкивает ее на длину ТВС, а другая с противоположного торца каландра принимает отработавшую ресурс ТВС. После этого герметизация канала идет в обратном порядке, а машины стыкуются с очередным каналом для перегрузки. Как видно, в этих реакторах реализуется режим перегрузки топлива на ходу периодическим передвижением ТВС от одного торца реактора к другому.

При таком способе перегрузки избыток топлива над критической массой определяется практически температурным и мощностным эффектами и отравлением ксеноном, вследствие чего требуется минимум компенсирующих средств. Компенсировать реактивность в тяжеловодных реакторах можно

112

разными способами: подвижными поглощающими стержнями, размещенными в вертикальных каналах, пронизывающих толщу замедлителя, уровнем тяжелой воды в баке каландре, жидкостными стержнями, представляющими собой вертикальные трубы, заполняемые обычной водой, в которую можно добавить нуклиды, поглощающие нейтроны. Тонкое регулирование осуществляется обычно подвижными поглощающими стержнями. Для быстрого аварийного выключения используются все имеющиеся средства регулирования и компенсации реактивности, а также сброс тяжеловодного замедлителя из бакакаландра и впрыск в него, например, борной кислоты.

113

Рисунок 14 –ТВСреактора АЭС« Пикеринг»:1–таблеткаиздиоксида

урана; 2,5–каркас

ТВС; 3–стержневойТВЭЛ	в трубках изциркония; 4–дистанционирующийвыступ	из
	циркония

114

На рис. 15 приведена схема перегрузки топлива в реакторе CANDU.

Рисунок 15 –Схема перегрузкитоплива		в реакторе CANDU
1–реактор; 2–топливныйканал;	3–торецканала;	4–перегрузочнмашиная;5	–
загружаемая ТВС; 6–выгружаемая ТВС

В Канаде ведутся работы по дальнейшему совершенствованию и стандартизации реакторов CANDU на базе блоков мощностью 600 и 1200 МВт. Разрабатываются новые циркониевые сплавы, которые позволили бы увеличить давление и температуру теплоносителя. Рассматривается возможность перехода в режим кипения во всех технологических каналах, а не только в наиболее энергонапряженных.

Канада признает, что атомная энергия может играть важную роль в достижении глобальной энергетической безопасности, смягчении последствий изменения климата и устойчивого развития.

Согласно долгосрочному плану развития энергетики Онтарио, принятому в 2013 году, предполагается поддерживать долю ядерной энергетики примерно 50% от полного электроснабжения провинции. Согласно энергетической программе провинции Нью-Брансуик, ожидает, что ядерная энергетика будет продолжать вносить 35% от общего электроснабжения провинции.

115

Вдекабре 2015 года провинция Онтарио объявила, что она заключила измененное соглашение с компанией BrucePower, которое позволит модернизировать шесть ядерных установок на атомной электростанции Bruceв период с 2020 по 2036 годы. В январе 2016 года, было получено одобрение на реконструкцию четырех реакторов атомных электростанций в провинции Онтарио на станции Дарлингтон, а также одобрено предложение работы подразделений на АЭС Пикеринг на срок от двух до четырех лет.

К2026 году планируется завершить ремонтные работы на станции Дарлингтон.

Канада признает, что решение проблемы долгосрочного обращения с радиоактивными отходами, в частности с отходами ядерного топлива, имеет жизненно важное значение для развития ядерной промышленности. В 2007 году правительство Канады согласилосьекоменс подованнымходом, р

NWMO (The Nuclear Waste Management Organization – Организация по Утилизации Ядерных Отходов), в качестве наиболее подходящего плана управления отходами в долгосрочной перспективе, отвечающего наилучшим интересам канадцев и их окружающей среды.

Канадская ядерная промышленность охватывает весь ядерноэнергетический топливный цикл от ядерных исследований и разработок, добычи урана и изготовления топлива до строительства ядерных реакторов и обслуживания реакторов CANDU в Канаде и за рубежом, эксплуатации АЭС, обращения с ядерными отходами и вывода из эксплуатации.

Втабл. 22 приведены основные теплофизические и конструкционные характеристики реакторов CANDU.

116

Табл. 22– Основные характеристикиреакторов

CANDU

Канадское производство урана в 2015 году составило 13 325 тонн урана, что составляет около 22% от общего мирового производства. Весь уран был получен добывающими предприятиями, расположенными в Северном Саскачеване.

Крупнейший в мире высокосортный урановый рудник на реке McArthu и добывающее предприятие на озере Key Lake (крупнейшее в мире), эксплуатируются Корпорацией Cameco. Эти два предприятия сохранили статус крупнейшего в мире центра по производству урана, произведя в 2018 году 7500 тонн чистого урана.

117

Месторождение на озере Rabbit Lake является вторым по величине в мире месторождением высокосортного урана. В 2018 году на данном месторождении было выработано 4400 тонн урана, что является вторым по величине урановым рудником в мире.

В Канаде существует множество организаций, вовлеченных в строительство АЭС.

Наиболее значительными участниками отрасли, участвующей в строительстве АЭС, являются Candu Energy Inc., провинциальные коммунальные службы (OPG и NB Power), Bruce Power и фирмы частного сектора, занимающиеся производством оборудования и инжинирингом. Существует более 170 компаний, которые являются членами организации канадской атомной промышленности, представляющей ядерную цепочку поставок. В 2020 году ежегодная прямая занятость, связанная с канадской атомной промышленностью, оценивалась примерно в 28 000 человек.

Компания Atomic Energy of Canada Limited (AECL) энергично борется за мировой ядерный рынок, фокусируя усилия на улучшении экономичности, повышении безопасности и увеличении гибкости топливного цикла. При разработке CANDU- 9 были сохранены все хорошо себя зарекомендовавшие свойства реакторов семейства CANDU: перегрузка при работе на мощности, гибкость топливного цикла, тяжеловодный замедлитель и просто дешевое топливо из природного урана. Дополнительно сделаны эволюционные улучшения с целью удовлетворить растущие требования ядерных рынков. Такие улучшения не только внесены в концепции усовершенствованных реакторов, но и внедряются также на реакторах, находящихся в стадии строительства, а в некоторых случаях – и на действующих реакторах.

Один из используемых способов снижения затрат – применение усовершенствованных методов строительства. Причины этого очевидны, так как существует прямая связь между полной стоимостью энергоблока, складывающегося из четырех компонентов (капитальные затраты, эксплуатационные затраты, топливная составляющая затрат, включающая

118

затраты на обращение с отработавшим топливом, и затраты на снятие с эксплуатации), и временем строительства.

Среди внедренных компанией AECL передовых методов – способ строительства с открытой крышей, компьютерная технология проектирования 3D CADD, монтаж изготовленных в заводских условиях крупных узлов и конструкций, параллельная разработка проектных и строительных решений.

ВОПРОСЫ

1.Сколько энергоблоков Канады на сегодняшний день находятся в коммерческой эксплуатации?

2.В каком году был построен первый энергоблок в Канаде и какова его энергетическая мощность?

3.Какой теплоноситель и замедлитель используется в реакторах типа

CANDU?

4.На какие категории конструктивно можно разделить реакторы типа

CANDU?

5.На каком уровне поддерживается температура в канальных тяжеловодных реакторах?

6.Какое топливо используется в реакторах типа CANDU?

7.Какими способами можно компенсировать реактивность в тяжеловодных реакторах?

8.Какое количество урана было произведено в Канаде в 2015 году?

9.Какие свойства реакторов семейства CANDU были сохранены при разработке CANDU- 9?

119