Двухцелевые реакторы СССР (ЭИ-2, АДЭ) и США (N - реактор)

 

Только после пуска серии уран-графитовых реакторов проточного типа специалистам реакторостроения предоставилась возможность обратиться к проблеме использования огромной тепловой энергии, выделяемой реактором при работе. Учёными и конструкторами ИАЭ им. И.В. Курчатова, НИКИЭТ, ВНИПИЭТ в середине 50-х годов разработан проект ядерного канального уран-графитового реактора двойного назначения “ЭИ-2” с замкнутым контуром циркуляции. Кроме изотопов для оборонных целей, реактор мог производить ещё и электрическую энергию. По этому проекту был построен и в 1958 г. введён в эксплуатацию первый энергоблок Сибирской атомной электростанции. В основном реактор "ЭИ-2" повторяет компоновку реактора "И-1". Он размещается в прямоугольной шахте с размерами в плане 20,6х20,6 м и глубиной 21,4 м. Шахта ограничена армированными бетонными стенами толщиной 2 м.

Графитовая кладка, размещенная в реакторном пространстве составлена из 2725 колонн. Каждая колонна состоит из 14-ти графитовых блоков. Сечение блоков 200х200 мм. При наборе колонн, с целью их перевязки по высоте, использовались блоки размером 200, 400, 500, 600 мм. В нижнем слое устанавливались блоки разной высоты, а верхние блоки подбирались для обеспечения общего высотного размера кладки - 7600 мм. Блоки имеют продольное отверстие диаметром 66 мм. Отверстие в блоках выполнено не по центру, а смещено на 20 мм от центра. Это сделано с целью перевязки графитовой кладки в плане. Кладка со всеми внутриреакторными узлами опирается на металлоконструкцию - схему "О".

При изготовлении и монтаже металлоконструкций реактора и колонн графитовой кладки достигалось положение, при котором отверстия в графитовых колоннах, трубы нижних трактов, вваренные в нижнии опорную (схема "О") и защитную (схема "ЭР") металлоконструкции, а также трубы верхних трактов, вваренные в верхнюю защитную металлоконструкцию (схема "Е") располагались строго соосно, образуя тракты для установки технологических каналов.

Охлаждение активной зоны реактора осуществлялось водой под давлением по замкнутому контуру. Каналы располагались вертикально, а охлаждающая вода подавалась через верхнюю водяную коммуникацию к каждому каналу через расходомерную стойку. Из канала вода поступала в коллектор, а потом отводилась в теплообменник.

Загрузка каналов блоками "подушки" и рабочими блоками производилась сверху через шаровые краны. В один канал загружалось до 70 рабочих блоков. Диаметр рабочего блока 37-38 мм, длина 102,5 мм. Выгрузка блоков из канала производилась с помощью разгрузочных механизмов, управляемых дистанционно. Весь столб блоков в канале (блоки "подушки" - внизу и выше - рабочие блоки) опирался на запорный "грибок" разгрузочного механизма. При подаче давления на затвор разгрузочного механизма "грибок" отводился в сторону, и столб блоков падал в бункер. Из бункера блоки гидротранспортом подавались в бассейн выдержки, а затем по технологической цепочке отправлялись на переработку.

Реактор "ЭИ-2" стал прототипом для создания серии двухцелевых реакторов "АДЭ-2", " АДЭ-3", " АДЭ-4", " АДЭ-5", спроектированных ОКБМ.

Основные характеристики реактора "ЭИ-2" приведены в табл.1.1.

 

 

Таблица 1.1

Основные характеристики реактора "ЭИ-2"

 

Тепловая мощность, кВт	660 000
Электрическая мощность, кВт	100 000
Расход воды, т/ч	7 500
Давление на входе в технологический канал (ТК), МПа
Температура воды на входе в ТК, °С
Температура воды на выходе из ТК, °С

 

В табл.1.2 представлены промышленные и двухцелевые реакторы, построенные в СССР.

Таблица 1.2

Промышленные проточные и двухцелевые реакторы СССР

 

Предприятие, месторасположение реактора	Индекс реактора	Контур циркуляции теплоносителя	Год пуска	Год вывода из эксплуатации
Комбинат "Маяк", г. Озёрск	А АИ (ИР) АВ-1 АВ-2 АВ-3	проточный "-" "-" "-" "-"
Горно-химический комбинат, г. Железногорск	АД АДЭ-1 АДЭ-2	проточный "-" замкнутый		-
Сибирский химкомбинат, г. Северск	И-1 ЭИ-2 АДЭ-3 АДЭ-4 АДЭ-5	проточный замкнутый "-" "-" "-"		- -

 

В США единственный реактор двойного назначения, производивший электрическую энергию и плутоний, был построен на Хенфордской площадке реактор “N” (рис.1.10, 1.11).

Рис. 1.10. Принципиальная схема установки с реактором N

(САОР – система аварийного охлаждения реактора)

 

 

Рис. 1.11. Активная зона и биологическая защита реактора N.

 

1 – каналы технологические; 2 – защита биологическая; 3 – кладка графитовая;
4 – воронки каналов для загрузки шаров поглотителя; 5 – каналы стержней СУЗ

 

Активная зона реактора включала 1003 горизонтальных технологических канала. В системе защиты было 108 вертикальных каналов с поглощающими шарами и 84 горизонтальных водоохлаждаемых каналов со стержнями СУЗ. Конструкции твэлов - труба в трубе, циркониевые оболочки.

Начало эксплуатации реактора “N” июнь 1964 г, а окончание - январь 1987 г. Начальная мощность реактора равна 4000 МВт, предельная мощность - 4800 МВт, суммарная наработка - 14 610 000 МВт дн.

В настоящее время все реакторы Хенфордской площадки остановлены и находятся в разных стадиях демонтажа.