Тяжелая вода в ядерных реакторах

Введение. Потребность в тяжёлой воде [13, 14] и изотопах водорода впервые возникла с созданием ядерного реактора, в котором тяжёлая вода [c.277]

Указанные преимущества тяжеловодных реакторов обеспечили им приоритет в развитии ядерных энергетических программ многих стран, не имеющих мощностей для производства обогащённого урана. Однако в бывшем СССР в ядерной энергетике они применялись только для специальных целей. В настоящее время, исходя из уроков аварии на Чернобыльской АЭС, а также из присущей тяжеловодным реакторам внутренней безопасности (в реакторах, где тяжёлая вода одновременно является теплоносителем и замедлителем нейтронов, сокращается критическая масса реактора и достигается отрицательный температурный коэффициент реактивности), отношение к их использованию в России пересмотрено. Примером этого является достигнутая в 1995 году международная договорённость о сотрудничестве в создании первого энергетического тяжеловодного реактора ВВР-640, строительство которого намечено в Приморье. Реализация в России энергетической программы на основе тяжеловодных реакторов потребует для её обеспечения значительных объёмов тяжёлой воды (так, уже упомянутый выше реактор ВВР-640 потребует около 600 тонн ВгО), которая, вероятно, будет закупаться за рубежом. Потребность в ВгО существует и вне зависимости от нужд в этом продукте большой энергетики. Она связана прежде всего с созданием и эксплуатацией в РФ, а также в других странах СНГ тяжеловодных исследовательских ядерных реакторов, первый из которых был введён в действие ещё в 1949 году в Институте теоретической и экспериментальной физики АН СССР в Москве. Реактор был предназначен для физических, биологических, радиационно-химических исследований, а также для получения радиоактивных изотопов. Аналогичные реакторы действовали в Институте атомной энергии им. И.В. Курчатова в Москве, в Екатеринбурге, в Харькове (в Физико-техническом институте низких температур), а также во многих научных центрах бывших союзных республик и в аналогичных центрах бывших стран СЭВ. [c.211]

На этом принципе и построены ядерные реакторы, в которых уран определённым образом размещается в замедляющей среде. Наилучшим замедлителем нейтронов мог бы служить водород. Поскольку массы протонов и нейтронов почти одинаковы, нейтрон может потерять при столкновении с протоном практически всю свою кинетическую энергию, передав её протону. Однако протоны довольно эффективно захватывают медленные нейтроны с образованием ядер дейтерия (Н1- -/г1-)- (-1-Н ). Поэтому в качестве замедлителей в реакторе обычно используются углерод (графит) или дейтерий (в виде тяжёлой воды В.зО). [c.61]

Схема ядерного реактора, в котором в качестве замедлителя используется тяжёлая вода, изображена на рис. 18. [c.62]

Тяжёлая вода, характеризуясь высокой теплоёмкостью, являясь апро-тонным растворителем, обладает также низким сечением захвата тепловых нейтронов дейтерием а = 0,0015 барн), которое в 200 раз меньше, чем для лёгкого изотопа водорода — протия а = 0,3 барн). Тяжёлая вода по замедляющей способности в отношении нейтронов в 3-4 раза эффективнее графита. Отмеченные обстоятельства обеспечивают использование тяжёлой воды в качестве теплоносителя и замедлителя нейтронов в энергетических и исследовательских ядерных реакторах, в ЯМР-спектроскопии, в фундаментальных научных исследованиях, связанных с изучением структуры атомного ядра. Тяжёлая вода, так же как и входящий в её состав дейтерий, широко используется при производстве большой гаммы дейтерий содержащих меченых химических соединений, широко применяющихся в медицине, биологии, в различных отраслях химии, в ядерной физике, в ЯМР и других видах спектроскопии. В виде дейтерида лития дейтерий входит в состав термоядерного оружия. По общему убеждению специалистов, в будущем дейтерий наряду с тритием станет компонентом топлива энергетических термоядерных реакторов, в первом поколении которых будет осуществлена реакция синтеза Т (В, п) Не + 17,6 МэВ. Эта реакция в сравнении с другими реакциями синтеза, предполагающими участие изотопов водорода, характеризуется наибольшим энерговыделением и, как следствие, наименьшим расходом дейтерия (100 кг/год на 1 ГВт электрической мощности). [c.210]

Касаясь проблемы потребления тяжёлой воды, обычно имеют в виду ядерную энергетику. В связи с этим можно отметить, что объём потребления ВгО в качестве теплоносителя и замедлителя нейтронов в ядерных энергетических реакторах определяется конструкцией реактора и видом используемого в нём ядерного горючего. Например, разработанных в Канаде тяжеловодных реакторах САЫОО, использующих в качестве ядерного топлива природный уран, единовременная загрузка тяжёлой воды составляет 0,75-1 т на 1 МВт установленной мощности. Тяжёлая вода в таких реакторах используется как [c.210]

Потребность ядерной энергетики в тяжёлой воде определяется также уровнем её потерь в ходе эксплуатации ядерных реакторов. Эти потери для реакторов САМВи составляют (1-2)% от общей единовременной загрузки ВгО, которая для реактора мощностью 500 МВт равна 400 т. Стоимость этой воды составляет (12-16)% капиталовложений на создание реактора, а стоимость электроэнергии, производимой реакторами САНОи, на 11 % определяется затратами на тяжёлую воду. Стоимость электроэнергии на АЭС с реакторами типа САМОи примерно на 25% ниже, чем на АЭС с реакторами типа LWR. Кроме того, тяжеловодные реакторы, обеспечивая более высокую степень использования нейтронов, требуют почти в 2 раза меньше расхода ядерного горючего. При этом они отвечают всем требованиям безопасности, предъявляемым к ядерно-энергетическим объектам [89. [c.211]

Отметим, что объём используемой для единовременной загрузки этих реакторов тяжёлой воды достаточно велик. Например, в эксплуатируемом во Франции (Институт им. М. Лауэ — П. Ланжевена в Гренобле) исследовательском ядерном реакторе, где тяжёлая вода служит теплоносителем и отражателем нейтронов, её загрузка в контуре составляет 40 тонн, а в баке-отражателе — 15 тонн. Кроме единовременной загрузки, эксплуатация исследовательских реакторов, так же как и энергетических, предполагает периодическую их подпитку тяжёлой водой. Такая подпитка связана с испарением и утечкой воды из контура, с её разбавлением протиевой водой, а также с накоплением в тяжёлой воде контура трития. В оборонных целях дейтерий используется в составе дейтерида лития при производстве термоядерного оружия. В последние годы потребность в тяжёлой воде и дейтерии возросла в связи с интенсификацией исследовательских работ по управляемому термоядерному синтезу. [c.212]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология