ність реактора, великою складністю в експлуатації таких ЯЕУ та ін. У силу цього такі реактори не знайшли широкого розповсюдження в стаціонарній енергетиці і не мають великих перспектив.
Для обгрунтування правильного вибору значення тиску теплоносія pт в двоконтурної установці необхідно розглянути його вплив на різні показники реактора і ЯЕУ в цілому: температурне поле активної зони, режим тепловіддачі від твелів до теплоносія (наявність і інтенсивність поверхневого бульбашкового кипіння , допустимі теплові потоки і запас до кризи кипіння), надійність і економічність установки, масогабаритні показники ядерного реактора, ППУ і ЯЕУ в цілому, та ін.
Джерелом теплової енергії в ядерному реакторі є тепловиділяючі елементи активної зони. В інтересах збільшення ККД циклу перетворення теплової енергії в механічну доцільно підвищити температуру твелів до максимально можливого рівня. Це дозволить отримати більше значення температури теплоносія і, отже, температури пари в циклі теплового двигуна, в результаті чого ККД циклу збільшиться.
У загальному випадку факторами, що обмежують підвищення температурного поля в активній зоні, можуть бути:
а) гранично допустима температура ядерного палива;
б) гранично допустима температура оболонки твелів;
в) температура насичення теплоносія, відповідна прийнятим тиску рт.
Гранично допустима температура ядерного палива може виступити визначальною, якщо вона обмежена невеликим рівнем допустимої температури речовини, що містить ядерне паливо. Наприклад, для металевого урану небажаний нагрів вище 600 ... 650oC, інакше будуть можливі переходи фазових станів палива, які супроводжуються зміною його об'єму і деяких інших фізичних показників. Це негативно впливає на роботу твелів. Однак, в ядерних реакторах вітчизняної стаціонарної енергетики застосовується паливо в такій формі (наприклад, UO2), яка досить стійка при досить високих температурах, і тому його температура не є обмежувальним фактором. Так, наприклад, в ЯР ВВЕР - 1000 при повній потужності в найбільш навантажених твелах температура палива в центрі твела досягає величини 2175оС. При цьому для палива у вигляді двоокису урану температура плавлення становить величину порядку 2800оС.
Визначальною температурою може бути також гранично допустима температура оболонки твелів, якщо допустима температура матеріалу оболонки в контакті з теплоносієм в умовах інтенсивного нейтронного опромінення становить невелику величину. Наприклад, якщо оболонки твелів виконані з цирконієвих сплавів, які в середовищі води і при інтенсивному нейтронном опроміненні стійкі проти корозійних і ерозійних процесів при температурі до 350oС, то в цьому випадку немає сенсу підвищувати тиск теплоносія вище тиску насичення, відповідного гранично допустимій температурі оболонки (ps при ts=350oС становить 16,537 МПа).
У деяких випадках в якості матеріалу оболонки твелів використовують інші матеріали, що допускають більш високі значення температури. Наприклад, на транспортних установках атомних криголамів використовують нержавіючу аустенитную сталь, яка в контакті з водою і при значному нейтронном опроміненні допускає температуру 350 ... 380oС. Тоді фактором, визначальними температурний режим активної зони, виступають тиск теплоносія і відповідна йому температура насичення. Зауважимо, що в цьому випадку через підвищений перетину поглинання теплових нейтронів сталлю оболонок твелів необхідно збільшити збагачення ядерного палива.
Для установок з газовим теплоносієм оболонки можуть виконуватися з нержавіючої сталі або берилію. У газовому середовищі температура оболонки може бути прийнята істотно вище. Це дозволяє значно підняти температуру теплоносія на виході з реактора. Hапример, на АЕС Великобританії Данджнесс-В температура вуглекислого газу на виході з ЯР досягає величини 675оС. При цьому температура пари на виході з ПГ досягає 565оС.
Відомо, що передача тепла від поверхні твела до теплоносія відбувається під впливом деякого температурного напору dt (малюнок 1).
Рисунок 1 - Розподіл температури по радіусу твела:
1 ТВЕЛ, 2 - оболонка твела
Якщо в процесі роботи ядерного реактора на виході з активної зони на частини твелів температура оболонки досягне температури насичення води при даному тиску, то на поверхні оболонки почнеться кипіння теплоносія. При помірних теплових потоках це буде поверхневе бульбашкове кипіння. Йдучи в ядро ??потоку теплоносія, де температура нижче температури насичення, що утворилися бульбашки пари будуть конденсуватися.
Поверхневе бульбашкове кипіння інтенсифікує відвід тепла від твелів (дещо зростає коефіцієнт тепловіддачі). Однак, при цьому...
