Активная зона ядерного реактора

Активная зона ядерного реактора, пространство, в котором осуществляется контролируемая цепная реакция деления ядер тяжёлых элементов (урана, плутония). Цепная реакция сопровождается выделением кинетической энергии осколков деления, а также энергии нейтронного и g-излучений и b-распада. А. з. содержит: делящееся вещество, которое чаще всего выполняется в виде блоков или стержней; замедлитель, если реакция в основном производится медленными нейтронами (в реакторах на быстрых нейтронах замедлитель отсутствует); теплоноситель для отвода выделяющегося в результате реакции тепла; элементы, приборы и устройства систем управления, контроля и защиты реактора. Делящееся вещество может находиться либо отдельно от остальных компонентов А. з. (гетерогенный реактор), либо в смеси с ними (гомогенный реактор). В качестве замедлителя обычно используют воду, тяжёлую воду, графит, бериллий, органические жидкости. Для предотвращения ядерной аварии вследствие перегрева от выделяющегося в реакторе тепла и для повышения его кпд необходим надёжный отвод тепла; теплоносителями в реакторах на тепловых нейтронах служат вода, водяной пар, тяжёлая вода, органические жидкости, гелий, углекислый газ; в реакторах на быстрых нейтронах — жидкие металлы (преимущественно натрий). Для уменьшения утечки нейтронов А. з., как правило, окружается со всех сторон отражателем нейтронов, материалом которого являются те же вещества, что и для замедлителя.

  С физической точки зрения наилучшая форма А. з. — шар, однако по конструктивным соображениям её выполняют чаще всего в виде цилиндра (рис.).

Активная зона ядерного реактора с отражателем (в плане): 1 — контур зоны; 2 — тепловыделяющие стержни; 3 — регулирующие стержни; 4 — отражатель; 5 — корпус реактора.

Активная зона ядерного реактора — пространство, в котором происходит контролируемая цепная реакция деления ядер тяжёлых изотопов урана или плутония. В ходе цепной реакции выделяется энергия в виде нейтронного и γ-излучения, β-распада, кинетической энергии осколков деления.

В состав А.з.я.р. входят:

• Ядерное топливо (Основой ЯТ является ядерное горючее — делящееся вещество)

• Замедлитель (в реакторах на тепловых нейтронах)

• Теплоноситель, передающий образующееся тепло за пределы реактора, например для привода электрических генераторов.

• Устройства систем управления и защиты реактора (СУЗ)

Делящееся вещество может быть конструктивно отделено от замедлителя и других элементов А.з.я.р. (гетерогенный реактор), либо быть в смеси с ними (гомогенный реактор).

В качестве замедлителя используют следующие вещества:

• Вода;

• Тяжёлая вода;

• Графит;

• Бериллий;

• Органические жидкости.

В качестве теплоносителя применяются:

• Вода;

• Водяной пар;

• Тяжёлая вода;

• Органические жидкости;

• Гелий;

• Углекислый газ;

• Жидкие металлы (преимущественно натрий).

Снаружи А.з.я.р. окружается отражателем для нейтронов, состоящим, как правило, из того же вещества, что и замедлитель. Наличие отражателя необходимо для повышения эффективности использования ядерного топлива и других параметров реактора, так как отражатель возвращает назад в зону часть вылетевших из А.з.я.р. нейтронов.

Теоретически, наилучшей формой А.з.я.р. является шар, как фигура имеющая наименьшую площадь поверхности для заданного объёма, однако по конструктивным соображениям, активную зону чаще всего выполняют в виде цилиндра или по форме, приближенной к цилиндру.

Лит.: Петунин В. П. Теплоэнергетика ядерных установок М.: Атомиздат, 1960. Левин В. Е. Ядерная физика и ядерные реакторы. 4-е изд. — М.: Атомиздат, 1979.