Konstrukcja reaktora RBMK

 

Uproszczony schemat reaktora RBMK

 

Lekkowodne reaktory kanałowe z moderatorem grafitowym są budowane i eksploatowane w krajach b. ZSRR. Pierwszym reaktorem dużej mocy był reaktor RBMK-1000 zbudowany w Leningradzkiej Elektrowni Jądrowej. Jest to udoskonalony reaktor trzeciej generacji - pierwszym był reaktor o mocy 5MW w Obińsku. Kolejnymi reaktory o mocach 100 i 200MW w Białojarskiej EJ. Reaktor RBMK jest kanałowym reaktorem z wrzącą wodą, grafitowym moderatorem i chłodzeniem lekką wodą. Jest on umieszczony w betonowej studni o wymiarach 21,6 x 21,6 x 25,5 m. Rdzeń reaktora tworzy zestaw grafitowych bloków o wymiarach 250 x 250 mm z pionowymi otworami na kanały paliwowe. Jest on otoczony warstwą grafitu grubości 500-800mm, pełniącą funkcję reflektora neutronów i jednocześnie osłony biologicznej. Dodatkową osłoną biologiczną jest pierścieniowy zbiornik wodny  otaczający reaktor warstwą wody grubości 1200mm oraz betonowa ściana zbiornika grubości 2000mm. Z góry i dołu rdzeń osłonięty jest płytami stalowymi grubości 200-250mm. Kanały paliwowe wykonane są z rur o średnicy 88mm. Centralna część kanału (przechodząca przez rdzeń) wykonana jest ze stopu cyrkonu z niobem, pozostałe części ze stali nierdzewnej. w każdym kanale umieszczone są 2 zestawy paliwowe po 18 prętów paliwowych każdy. Pręt paliwowy jest rurką (koszulką), wykonaną ze stopu cyrkonu z niobem, o średnicy 13,6mm i grubości 0,9mm.Wypełniona jest pastylkami paliwowymi o grubości 15mm z dwutlenku uranu, wzbogaconego do 1,8%. Czas przebywania pręta w reaktorze wynosi około 3 lata. Przeładunki paliwa mogą być wykonywane podczas pracy reaktora. Blok pracuje z jednym obiegiem technologicznym. W separatorach następuje oddzielenie wody z mieszaniny parowo-wodnej wychodzącej z reaktora. Para nasycona (o temp. 280°C i ciśnieniu 6,5MPa) doprowadzana jest do dwóch turbogeneratorów po 500MW każdy. Skroplona w kondensatorze kierowana jest z powrotem do reaktora.


Schemat obiegów reaktora RBMK
(Zaczerpnięto z [5])

1-reaktor; 2-separator; 3-główna pompa cyrkulacyjna; 4-kolektor tłoczny; 5-kolektor rozprowadzający; 6-ograniczniki przecieku; 7-regulator poziomu; 8-regulator ciśnienia; 9-turbogenerator; 10-zbiornik z wodą aktywnej części UACR; 11-pompy UACR; 12-hydroakumulator UACR; 13-szybkodziałający zawór UACR; 14-kolektor UACR.

Reaktory tego typu pracują w wieloblokowych elektrowniach: Leningradzkiej, Kurskiej, Czarnobylskiej, Smoleńskich. Zbudowano także udoskonalony reaktor RBMK-1500, o mocy zwiększonej do 1500MW, który pracuje w Ignalińskiej EJ. Przygotowano także projekty udoskonalonego reaktora RBMK-2000, w którym zastosowano jądrowy przegrzew pary do 450°C i zwiększono wzbogacenie uranu do 2,2%.


Zaczerpnięto z [2].

Cechy reaktora typu RBMK:
- duża niezawodność pracy z uwagi na kontrolę parametrów technologicznych w każdym kanale z osobna oraz możliwości wymiany kanału przy stosunkowo krótkotrwałym odstawieniu reaktora;
- możliwość budowy reaktorów o teoretycznie nieograniczonych mocach (poprzez zestawianie typowych modułów) z powodu braku zbiorników wysokociśnieniowych;
- możliwość przeładunku paliwa w czasie normalnej pracy reaktora;
- łatwość wprowadzania nowych rozwiązań, np. jądrowego przegrzewu pary;
- elastyczność eksploatacji, umożliwiającą prace reaktora z różnymi kompozycjami paliwa, systemami przeładunku paliwa i parametrami technologicznymi w poszczególnych kanałach.

Wady reaktora RBMK:
- konieczność izolowania gorącego grafitu (ok.750°C) od powietrza (kontaktu z tlenem);
- niebezpieczeństwo kontaktu rozgrzanego grafitu z wodą w wypadku rozszczelnienia któregoś z kanałów paliwowych;
- mała prędkość działania systemu awaryjnego wyłączania (mała prędkość opuszczania prętów awaryjnych - 0,4m/s). Czas zanurzenia prętów na 2/3 wysokości rdzenia wynosi 12s. Opuszczenie prętów tylko do górnej części rdzenia w czasie awarii w Czarnobylu nie zahamowało reakcji łańcuchowej
- skomplikowana obsługa i sterowanie ze względu na konieczność wprowadzenia lokalnych systemów zabezpieczeń i sterowania (wymagają tego duże rozmiary reaktora). Rdzeń reaktora w Czanobylu podzielony był na 12 sekcji z lokalnymi systemami sterowania.
- oddzielenie układu awaryjnego chłodzenia reaktora od obiegu pierwotnego zaworami odcinającymi, a nie zwrotnymi, w przypadku awarii systemu pierwotnego woda z UACR nie dopływa samoczynnie, ale należy najpierw otworzyć zawory;
- NAJWIĘKSZĄ wadą reaktora RBMK jest dodatni współczynnik reaktywności przestrzeni parowych. W reaktorach WWER odparowanie części wody powoduje zmniejszenie spowalniania neutronów i zmniejszenie mocy reaktora. Tymczasem w reaktorach RBMK za spowalnianie odpowiada przede wszystkim grafit, więc odparowanie wody nie ma wpływu na spowalnianie reakcji. Wzrostowi temperatury chłodziwa wzrasta temperatura paliwa i nie zachodzi spowolnienie reakcji rozszczepienia. Towarzyszy temu jednak dodatkowe zjawisko - w zwiększonej temperaturze następuje zmniejszenie emisji neutronów. Wypadkowa tych dwu zjawisk określa moc reaktora. W przypadku pracy przy zwykłych mocach roboczych dominuje drugie zjawisko, ale przy niskich mocach dominuje zjawisko oparte na dodatniej reaktywności przestrzeni parowych i reaktor staje się niestabilny. Występują gwałtowne skoki mocy reaktora, mogące doprowadzić do przegrzewu paliwa. Właśnie to zjawisko było główną przyczyną awarii w Czarnobylu;
- ze względu na zakładany wysoki stopień bezpieczeństwa i małą awaryjność nie przewidziano budowy osłony bezpieczeństwa wokół reaktorów tej konstrukcji. Znacznie obniżyło to koszty, ale było przyczyną  tak dużego rozprzestrzenienia się skutków awarii poza elektrownię.

Sterownia bloku I w Czarnobylskiej EJ


powrót