РБМКП-2000

Реактор Большой Мощности Канальный (РБМК) — серия двухцелевых канальных кипящих графито-водных ядерных реакторов, разработка которых велась в СССР, начиная с 1960-х годов и, по состоянию на 2009 год, продолжается и в России. После аварии на Чернобыльской АЭС реакторы этой серии стали в обиходе называться «реакторами чернобыльского типа».

История создания

Схема РБМК-1000

Разработка этой серии реакторов была начата в 1960-е годы Курчатовским институтом и НИКИЭТ (головная организация, курирующая проект) под руководством академика Доллежаля.

Мотивом разработки РБМК явилось, в частности, желание использовать в атомной энергетике большой опыт промышленных канальных ВГР, накопленный в СССР, и сильно расширить производственную базу атомной энергетики благодаря отказу от сложных в изготовлении и дорогих корпусов реакторов и парогенераторов.

Первый энергоблок с реактором типа РБМК-1000 запущен в 1973 году на Ленинградской АЭС.

В общей сложности сдано в эксплуатацию 17 энергоблоков с РБМК.

Случившаяся 26 апреля 1986 года авария на Чернобыльской АЭС имела серьёзные последствия и заставила существенно доработать реактор с целью повышения безопасности. После этой аварии РБМК нередко стали именоваться «реакторами чернобыльского типа», а в атомной энергетике вообще безопасность стала определяющим фактором, более приоритетным, чем все прочие, например, эффективность выработки электроэнергии.

Вклад АЭС с реакторами РБМК в общую выработку электроэнергии всеми АЭС России составляет порядка 50% [1].

Характеристики РБМК

Характеристика	РБМК-1000	РБМК-1500	РБМКП-2000 (проект)	МКЭР-1500 (проект)
Тепловая мощность реактора, МВт	3200	4800	5400	4250
Электрическая мощность блока, МВт	1000	1500	2000	1500
К. п. д. блока, %	31,3	31,3	37,0	35,2
Давление пара перед турбиной, атм	65	65	65	65?
Температура пара перед турбиной, °С	280	280	450
Размеры активной зоны, м:
высота	7	7	6	7
диаметр (ширина×длина)	11,8	11,8	7,75×24	14
Загрузка урана, т	192	189	220
Обогащение, % 235U
испарительный канал	2,6-2,8	2,6-2,8	1,8	2-3,2
перегревательный канал	—	—	2,2	—
Число каналов:
испарительных	1693	1661	1744	1824
перегревательных	—	—	872	—
Среднее выгорание, МВт·сут/кг:
в испарительном канале	25,5	25?	20,2	30-45
в перегревательном канале	—	—	18,9	—
Размеры оболочки ТВЭЛа (диаметр×толщина), мм:
испарительный канал	13,5×0,9	13,5×0,9	13,5×0.9	-
перегревательный канал	—	—	10×0,3	—
Материал оболочек ТВЭЛов:
испарительный канал	Zr + 2,5 % Nb	Zr + 2,5 % Nb	Zr + 2,5 % Nb	-
перегревательный канал	—	—	Нерж. сталь	—

Конструкция

Одной из целей при разработке реактора РБМК было улучшение топливного цикла. Решение этой проблемы связано с разработкой конструкционных материалов, слабо поглощающих нейтроны и мало отличающихся по своим механическим свойствам от нержавеющей стали. Снижение поглощения нейтронов в конструкционных материалах даёт возможность использовать более дешёвое ядерное топливо с низким обогащением урана (по первоначальному проекту — 1,8 %).

РБМК-1000

Схема энергоблока АЭС
с реактором типа РБМК

Тепловыделяющая сборка реактора РБМК:
1 – дистанционирущая проставка
2 – оболочка ТВЭЛ
3 – таблетки ядерного топлива

Основу активной зоны РБМК-1000 составляет графитовый цилиндр высотой 7 м и диаметром 11,8 м, сложенный из блоков меньшего размера, который выполняет роль замедлителя. Графит пронизан большим количеством вертикальных отверстий, через каждое из которых проходит труба давления (также называемая технологическим каналом (ТК)). Центральная часть трубы давления, расположенная в активной зоне, изготовлена из сплава циркония (Zr + 2,5 % Nb), обладающего высокими механическими и коррозионными свойствами, верхние и нижние части трубы давления — из нержавеющей стали. Циркониевая и стальные части трубы давления соединены сварными переходниками.

В каждом канале установлена кассета, составленная из двух тепловыделяющих сборок (ТВС) — нижней и верхней. В каждую сборку входит 18 стержневых ТВЭЛов. Оболочка ТВЭЛа заполнена таблетками из двуокиси урана. По первоначальному проекту обогащение по урану 235 составляло 1,8%, но по мере накопления опыта эксплуатации РБМК оказалось целесообразным повышать обогащение. Это позволило увеличить управляемость реактора, повысить безопасность и улучшить его экономические показатели. Так, после аварии на Ленинградской АЭС в 1975 г. был осуществлён переход на топливо с обогащением 2,0%, после аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г. — на топливо с обогащением 2,4%. В 90-е годы был начат переход на топливо с обогащением 2,6%. В настоящее время осуществляется переход на топливо с обогащением 2,8%.

Преобразование энергии в блоке АЭС с РБМК происходит по одноконтурной схеме. Кипящая вода из реактора пропускается через барабаны-сепараторы. Затем насыщенный пар (температура 284 °C) под давлением 65 атм поступает на два турбогенератора электрической мощностью по 500 МВт. Отработанный пар конденсируется, после чего циркуляционные насосы подают воду на вход в реактор.

Реактор РБМК-1000 спроектирован для четырёх блочных АЭС: Ленинградской, Курской, Чернобыльской, Смоленской.

5-й энергоблок курской АЭС строится по новой архитектуре активной зоны (меньше графита, уменьшен коэффициэнт реактивности и возможный паровой коэффициент), которая исключает чернобыльское развитие событий в случае нештатных ситуаций, а также не требует выгорающих поглотителей и сильного обогащения.

РБМК-1500

В блоке АЭС с РБМК-1500 мощность повышена за счёт увеличения мощности технологических каналов. В верхнюю тепловыделяющую сборку установлены специальные решётки, которые производят осевую закрутку потока теплоносителя. Это улучшает теплосъём и мощность канала в 1,5 раза. РБМК-1500 установлены на Игналинской АЭС (Литва).

РБМКП-2000

Кроме РБМК-1000 и РБМК-1500 разработаны РБМКП-2000 с перегревом пара до 450 °С. Активная зона РБМКП-2000 имеет форму прямоугольного параллелепипеда. Испарительные и перегревательные каналы в РБМКП-2000 по конструкции мало отличаются от каналов РБМК-1000. Однако оболочки ТВЭЛов в перегревательных каналах изготовлены не из сплава циркония, а из нержавеющей стали; обогащение урана для них повышено до 2,2 %.

Кипящая вода из испарительных каналов поступает в паросепараторы. Насыщенный пар из сепараторов направляется в перегревательные каналы, нагревается там до 450 °С и под давлением 65 атм подаётся к двум турбогенераторам мощностью по 1000 МВт.

МКЭР-1500

МКЭР-1500 (Проект; Особенности — защитная гермооболочка, КПД — 35,2 %, срок службы 50 лет, обогащение 2,4 %, расход природного урана — 16,7 г/МВт·ч(э) (самый низкий в мире), позволяет производить изотоп кобальт-60, используемый в медицине на 5 млн Евро в год).

Описание реактора МКЭР-1500

Достоинства

• Пониженное, по сравнению с корпусными ВВЭР, давление воды в первом контуре;
• Благодаря канальной конструкции отсутствует дорогостоящий корпус;
• Нет дорогостоящих и сложных парогенераторов;
• Нет принципиальных ограничений на размер активной зоны;
• Независимый контур системы управления и защиты (СУЗ);
• Широкие возможности осуществления регулярного контроля состояния узлов активной зоны (например, труб технологических каналов) без необходимости остановки реактора, а также высокая ремонтопригодность;
• Более полное использование ядерного топлива;
• Возможность наработки радионуклидов технического и медицинского назначения, а также радиационного легирования различных материалов;
• Замена топлива без остановки реактора благодаря независимости каналов друг от друга.

Недостатки

• Большое количество трубопроводов и различных вспомогательных подсистем, что требует наличия большого количества высококвалифицированного персонала;
• Необходимость проведения поканального регулирования расходов, что может повлечь за собой аварии, связанные с прекращением расхода теплоносителя через канал;
• Более высокая нагрузка на оперативный персонал по сравнению с ВВЭР, связанная с большими размерами активной зоны и постоянно ведущимися перегрузками топлива в каналах.

Дальнейшее развитие

Развитием реакторов этой серии являются Многопетлевые Канальные Энергетические Реакторы (МКЭР).^[1]

Состояние на 2009 год

По состоянию на 2009 год эксплуатируется 12 энергоблоков с РБМК на четырёх АЭС: по политическим причинам остановлены один энергоблок на Игналинской АЭС и три энергоблока на Чернобыльской АЭС (ещё один прекратил существование в результате аварии). Ведётся строительство РБМК третьей очереди на пятом энергоблоке Курской АЭС.

Энергоблок[2]	Тип реактора	Состояние	Мощность (МВт)	Генерирующая мощность (МВт)
Чернобыль-1	РБМК-1000	остановлен	740	800
Чернобыль-2	РБМК-1000	остановлен (после аварии)	925	1 000
Чернобыль-3	РБМК-1000	остановлен	925	1 000
Чернобыль-4	РБМК-1000	остановлен (уничтожен во время аварии)	925	1 000
Чернобыль-5	РБМК-1000	строительство остановлено в 1988	950	1 000
Чернобыль-6	РБМК-1000	строительство остановлено в 1988	950	1 000
Игналина-1	РБМК-1500	остановлен	1 185	1 300
Игналина-2	РБМК-1500	активен	1 185	1 300
Игналина-3	РБМК-1500	строительство остановлено в 1988	1 380	1 500
Игналина-4	РБМК-1500	проект отменён в 1988	1 380	1 500
Кострома-1	РБМК-1500	строительство остановлено в 1980-х; запланировано на 2011 год	1 380	1 500
Кострома-2	РБМК-1500	строительство остановлено в 1980-х; запланировано на 2011 год	1 380	1 500
Курск-1	РБМК-1000	активен	925	1 000
Курск-2	РБМК-1000	активен	925	1 000
Курск-3	РБМК-1000	активен	925	1 000
Курск-4	РБМК-1000	активен	925	1 000
Курск-5	РБМК-1000	строится с 1980	925	1 000
Курск-6	РБМК-1000	строительство остановлено в 1993	925	1 000
Ленинград-1	РБМК-1000	остановлен	925	1 000
Ленинград-2	РБМК-1000	активен	925	1 000
Ленинград-3	РБМК-1000	активен	925	1 000
Ленинград-4	РБМК-1000	активен	925	1 000
Смоленск-1	РБМК-1000	активен	925	1 000
Смоленск-2	РБМК-1000	активен	925	1 000
Смоленск-3	РБМК-1000	активен	925	1 000
Смоленск-4	РБМК-1000	строительство остановлено в 1993	925	1 000

Ссылки

• Официальный сайт НИКИЭТ им. Н.А. Доллежаля
• Официальный сайт Курчатовского института
• Официальный сайт Игналинской АЭС
• Справочник «Функционирование АЭС (на примере РБМК-1000)»
• Сайт студентов-разработчиков реакторов. Конструкции и описание реакторов
• Международное агентство по атомной энергии. Чернобыльская авария: дополнение к INSAG-1. Серия изданий по безопасности № 75-INSAG-7. МАГАТЭ, Вена, 1993.
• Крамеров А.Я. Об эволюции кипящих ВГР в РНЦ КИ

Литература

• Левин В. Е. Ядерная физика и ядерные реакторы. 4-е изд. — М.: Атомиздат, 1979.

Примечания

1. ↑ Ю. Черкашов: Есть негласное решение останавливать направление РБМК.
2. ↑
   • Chernobyl 1 (англ.)
   • Chernobyl 2 (англ.)
   • Chernobyl 3 (англ.)
   • Chernobyl 4 (англ.)
   • Chernobyl 5 (англ.)
   • Ignalina 1 (англ.)
   • Ignalina 2 (англ.)
   • Ignalina 3 (англ.)
   • Kursk 1 (англ.)
   • Kursk 2 (англ.)
   • Kursk 3 (англ.)
   • Kursk 4 (англ.)
   • Kursk 5 (англ.)
   • Kursk 6 (англ.)
   • Leningrad 1 (англ.)
   • Leningrad 2 (англ.)
   • Leningrad 3 (англ.)
   • Leningrad 4 (англ.)
   • Smolensk 1 (англ.)
   • Smolensk 2 (англ.)
   • Smolensk 3 (англ.)
   • Smolensk 4 (англ.)
   • О филиале «Костромская АЭС» ОАО «Концерн Энергоатом» (по Кострома-1 и 2).
   • Table 31. Technology and Soviet Energy Availability - November 1981 - NTIS order #PB82-133455 (по Игналина-4). (англ.)