RBMK

[RBMK1]

Lekkowodne reaktory typu kanałowego z moderatorem grafitowym wywodzą się z państw dawnego Związku Radzieckiego. Pierwszym reaktorem dużej mocy tego typu był reaktor RBMK - 1000 z turbozespołami o mocy elektrycznej 1000 MW uruchomiony w Leningradzkiej Elektrowni Jądrowej w 1973 r. Jest to już udoskonalony reaktor trzeciego pokolenia - pierwszym był reaktor o mocy elektrycznej 5 MW uruchomiony w Obnińsku w 1954 r., do drugiego pokolenia należały dwa reaktory (100 i 200 MW mocy elektrycznej) w Białojarskiej Eektrowni Jądrowej.

Reaktor RBMK jest kanałowym reaktorem z wrzącą wodą, z grafitowym moderatorem i chłodzeniem lekką wodą. Jest on umieszczony w betonowej studni o wymiarach 21,6 × 21,6 × 25,5 m. Rdzeń reaktora tworzy zestaw bloków grafitowych (moderator neutronów) o wymiarach 250 × 250 mm z pionowymi otworami na kanały paliwowe; jest on otoczony warstwą grafitu grubości 500-800 mm, pełniącą funkcję reflektora neutronów i jednocześnie osłony biologicznej. Dodatkową osłoną biologiczną jest pierścieniowy zbiornik wodny otaczający reaktor warstwą wody grubości 1200 mm oraz betonowa ściana zbiornika-studni grubości 2000 mm. Z góry i z dołu rdzeń osłonięty jest płytami stalowymi grubości 200-250 mm.

[RBMK2]

Kanały paliwowe są wykonane z rur o wymiarach 88 × 4 mm. Centralna część kanału przechodząca przez rdzeń jest wykonana ze stopu cyrkonu z niobem (Nb 2,5%), dolna i górna część kanału ze stali nierdzewnej. W każdym kanale umieszczono 2 zestawy paliwowe, zawierające po 18 prętów paliwowych każdy. Pręt paliwowy jest rurką (koszulką pręta paliwowego), o średnicy zewnętrznej 13,6 mm i grubości 0,9 mm, wykonaną ze stopu cyrkonu z niobem, wypełnioną pastylkami paliwowymi (wysokości 15 mm każdy) z UO₂ wzbogaconego do 18%. Średnie wypalenie wynosi 18500 MW &CenterDot d/t U, czas przebywania w rdzeniu 3 lata. Przeładunki paliwa mogą być wykonywane podczas normalnej pracy reaktora. Za pomocą specjalnej maszyny przeładowczej można dokonać wyładunku i następnie załadunku 5 kanałów dziennie.

Blok pracuje z jednym obiegiem technologicznym. W separatorach następuje separacja wody z mieszniny parowo-wodnej wychodzącej z reaktora. Para nasycona (temperatura 280°C, ciśnienie 6,5 MPa) jest doprowadzana do dwóch turbogeneratorów o mocy 500 MW każdy. Skroplona w kondensatorze woda jest kierowana z powrotem do reaktora.

Reaktory typu RBMK-1000 pracują w kilku wieloblokowych elektrowniach (Leningradzkiej, Kurskiej, Czarnobyłskiej, Smoleńskiej).

Doświadczenia z eksploatacji pierwszych bloków RBMK-1000 wykazały, że przy niewielkich zmianach konstrukcyjnych można zwiększyć moc tych reaktorów o 50%. Pierwszy reaktor tego typu (RBMK-1500) uruchomiono w atomowej Elektrowni Ignalińskiej w 1985 r.

Przygotowano projekty udoskonalonego reaktora RBMK-2000, pracującego w bloku o mocy elektrycznej 2000 MW z jądrowym przegrzewem pary do 450°C. Kanały odparowujące wodę są podobnej konstrukcji, jak w reaktorze RBMK-1000, nowością są kanały przegrzewu jądrowego, zawierające elementy paliwowe w koszulkach ze stali nierdzewnej ze zwiększonym do 2,2% wzbogaceniem uranu w paliwie świeżym. Mieszanina parowo-wodna z kanałów odparowania przechodzi do separatora, skąd para nasycona przepływa do kanałów przegrzewu, gdzie podgrzewa się do temperatury 450°C (ciśnienie 6,5 MPa), i dalej do dwóch turbogeneratorów o mocy 100 MW każdy.

Doświadczenia eksploatacyjne reaktorów typu RBMK pozwalają zestawić ich wady i zalety w stosunku do innych typów reaktorów.
Charakteryzują się one:

• dużą niezawodnością pracy z uwagi na kontrolę parametrów technologicnych w każdym kanale z osobna oraz możliwość wymiany kanału przy stosunkowo krótkotrwałym odstawieniu reaktora;

• możliwością budowy reaktorów o praktycznie nieograniczonych mocach z uwagi na brak zbiorników wysokociśnieniowych;

• możliwościąprzeprowadzenia przeładunków paliwa w czasie normalnej eksploatacji reaktora;

• łatwością wprowadzenia nowych rozwiązań, np. jądrowego przegrzewu pary;

• elastycznością eksploatacji pozwalającą na pracę reaktora z różnymi kompozycjami paliwa, systemami przeładunku paliwa i parametrami technologicznymi w poszczególnych kanałach.

Do wad tego typu reaktora zalicza się możliwość częstych zakłóceń wskutek ogromnej liczby skomplikowanych i bogato oprzyrządowanych obiegów parowo-wodnych.

Najpoważniejszą jednak wadą reaktora RBMK jest znacznie niższy poziom bezpieczeństwa w porównaniu z reaktorami PWR i BWR. Wysoka temperatura pracy grafitu (do 750°C), konieczność izolowania gorącego grafitu od kontaktu z powietrzem (tlenem), niebezpieczeństwo wycieku wody w razie rozszczelnienia jednego z kanałów ciśnieniowych przechodzących przez bloki grafitowe i kontaktu wody z gorącym grafitem, wszystko to stwarza potencjalne niebezpieczeństwo poważnej awarii reaktora. Zapobiega temu rozbudowany i skomplikowany system zabezpieczeń, wymagający wysoko wykwalifikowanej obsługi.

Największe jednak niebezpieczeństwo stanowią charakterystyki fizyczne reaktora, który w pewnych stanach eksploatacyjnych (mała moc i wysokie wypalanie paliwa) ma dodatni wsółczynnik temperaturowy reaktywności, co stwarza groźbę (przy awarii urządzeń zabezpieczających i jednoczesnym błędnym działaniu obsługi operatorskiej) wypadnięcia reaktora spod kontroli, szybkiego, niekontrolowanego wzrostu mocy, przegrzania i uszkodzenia rdzenia.

opracowali: Gutowski & Liwiński