ՋՋԷՌ-440 ՌԵԱԿՏՈՐՆԵՐՈՎ

ԷՆԵՐԳԱԲԼՈԿԻ

ՍԱՐՔԱՎՈՐՈՒՄՆԵՐԸ ԵՎ

ՇԱՀԱԳՈՐԾՄԱՆ ՌԵԺԻՄՆԵՐԸ

Դասագիրք

 

 

 

Երևան 2016

Հաստատված է ՀՀ Կրթության և գիտության նախարարության կողմից որպես դասագիրք բուհերի ուսանողների համար (ՀՀ Կ և Գ նախարարի հրաման թիվ ________2016թ.)

ՀՏԴ                                              

ԳԴՄ                                            

Պ                                                  

                                                        

Հեղինակներ՝                             

Սահակյան Ա.Պ., տ.գ.թ., դոցենտ, Մարուխյան Ո.Զ., տ.գ.թ., պրոֆեսոր, Պետրոսյան Վ.Գ., տ.գ.դ., պրոֆեսոր

Պ.505 ՋՋԷՌ-440 ռեակտորներով էներգաբլոկի սարքավորումները և շահագործման ռեժիմները: Դասագիրք / Ա.Պ. Սահակյան, Ո.Զ. Մարուխյան, Վ.Գ. Պետրոսյան: ՀԱՊՀ.- Եր., Ճարտարագետ, 2016.- 322 էջ:

 

Դասագրքում նկարագրված են ՋՋԷՌ-440 էներգաբլոկի հիմնական սարքավորումները և աշխա­տան­քային ռեժիմները: Մանրամասն ներկայացված են էներգաբլոկի կառավարման սկզբունքները, նրանում ընթա­ցող տեխնոլոգիական պրոցեսները: Դիտարկված են էներգաբլոկի շահագործման ռեժիմները, որոնք վեր­լուծ­վել են Հայկական ատոմային էլեկտրակայանի ան­վտանգ շահագործման ապահովման տեսանկյունից:

Դասագիրքը նախատեսված է «Ատոմային էլեկտրական կայաններ և տեղակայանքներ», «Տեխնո­լոգիա­կան պրոցեսների կառավարում (ատոմային էներգետիկայի բնագավառում)» և «Միջուկային ռեակտորների ֆի­զիկա» մասնագիտություններով սովորող ուսանողների համար:

Այն կարող է օգտակար լինել նաև ատոմային էլեկտրակայաններ շահագործող, միջուկային անվտան­գու­թյունը կարգավորող և գիտահետազոտական կազմակերպությունների մասնագետների համար:

 

                        Գրախոսներ՝       Ս. ՄԻՆԱՍՅԱՆ

                                                      ՀԱՊՀ Էներգետիկայի ոլորտի տնտեսագիտություն և կառավարում ամբիոնի վարիչ, տ.գ.դ., պրոֆեսոր, ՀՃ ակադեմիայի նախագահ

 

                                                      Ա. ՄԿՐՏՉՅԱՆ

                                                      ՀԱԷԿ-ի հերթափոխի պետ

 

                                                      Ա. ԳԵՎՈՐԳՅԱՆ

                                                      ՀԱՊՀ ԷԷԻ տնօրենի տեղակալ, ՋԷ և ՇՄՊ ամբիոնի

                                                      դոցենտ, տ.գ.թ.

                                                     

                        Խմբագիր՝                             բ.գ.թ., դոց.  Հ.Ց. ՊԵՏՐՈՍՅԱՆ

This study guide has been published with the support of the US Department of Energy and Argonne National Laboratory.

Դասագիրքը հրատարակվել է ԱՄՆ էներգետի­կա­յի դեպարտամենտի և Ար­գո­նի ազգային լաբո­րա­տորիայի աջակցությամբ:

                                                                                              

 

 

                                                                                              

 

 

                                                                                               ՀՏԴ

                                                                                               ԳՄԴ

 

SBN                                                                                      

©ՃԱՐՏԱՐԱԳԵՏ 2016

© ՍԱՀԱԿՅԱՆ Ա.Պ. 2016

©ՄԱՐՈՒԽՅԱՆ Ո.Զ. 2016

© ՊԵՏՐՈՍՅԱՆ Վ.Գ. 2016

 

ԲՈՎԱՆԴԱԿՈՒԹՅՈՒՆ

 

ՆԱԽԱԲԱՆ

ՕԳՏԱԳՈՐԾՎԱԾ ՀԱՊԱՎՈՒՄՆԵՐԻ ՌՈՒՍԵՐԵՆ-ՀԱՅԵՐԵՆ ՑԱՆԿ

ԳԼՈՒԽ 1. ՄԻՋՈՒԿԱՅԻՆ ՖԻԶԻԿԱՅԻ ՀԻՄՆԱՐԱՐ ՍԿԶԲՈՒՆՔՆԵՐԸ

1.1. Ատոմի կառուցվածքը

1.2. Ռադիոակտիվություն

1.2.1. Ակտիվություն

1.3. Զանգվածի և էներգիայի փոխկապակցվածությունը

1.4. Միջուկային ուժեր և միջուկի կապի էներգիան

1.5. Զանգվածի թերությունը (արատը)

1.6. Միջուկային ռեակցիաներ

1.7. Նեյտրոնների դանդաղեցումը և դիֆուզիան

1.8. Բաժանման բեկորներ

1.9. Շղթայական ռեակցիա: Միջուկային ռեակտոր

ԳԼՈՒԽ 2. ՋՋԷՌ-440 ԷՆԵՐԳԱԲԼՈԿԻ ԱՌԱՋԻՆ ԿՈՆՏՈՒՐԻ ՀԻՄՆԱԿԱՆ

 ՍԱՐՔԱՎՈՐՈՒՄՆԵՐԸ ԵՎ ՏԵԽՆԻԿԱԿԱՆ ԲՆՈՒԹԱԳՐԵՐԸ

2.1. Ռեկտորի կառուցվածքային և աշխատանքային բնութագրերը

2.1.1. Ռեակտորի հզորությունը, աշխատաշրջանը, էներգապաշարը

2.1.2. Ջերմանջատումը ակտիվ գոտում

2.1.3. Ռեակտորի աշխատանքային ջերմային ռեժիմները

2.1.4. Միջուկային վառելիքի այրումը, խարամումը և վերարտադրությունը

2.1.5. Ռեակտորի թունավորումը

2.1.6. Ռեակտորի թունավորումը -ով հաստատուն աշխատանքային ռոժիմում

2.1.7. Ռեակտորի ոչ ստացիոնար թունավորումը -ով: Յոդային փոս

2.1.8. Ռեակտորի թունավորումը սամարիումով

2.1.9. Ռեակտիվության ջերմաստիճանային էֆեկտը

2.1.10. Ռեակտորի կառավարման սկզբունքը

2.1.11. Նեյտրոնային կինետիկայի պարզագույն հավասարումը

2.1.12. Ռեակտորի պարբերությունը

2.1.13. Ուշացող նեյտրոնների հաշվառումը

2.1.14. Նեյտրոնային կինետիկայի հավասարումները ուշացող նեյտրոնների մեկ միջինացված խմբի դեպքում

2.1.15. Կառավարման և պաշտպանության համակարգի ֆիզիկական բնութագրերը

2.1.16. Բորաթթվի կոնցենտրացիայի հաշվարկը ռեակտորի փոփոխական աշխատանքային ռեժիմների դեպքում

2.1.17. Ռեակտորի ջերմային հզորության հաշվարկը

2.1.18. Ռեակտորի մնացորդային ջերմանջատման հաշվարկը

2.2. Շոգեգեներատորի կառուցվածքը և աշխատանքային բնութագիրը

2.3. Ճնշման փոխհատուցման համակարգը և սարքավորումների կառուցվածքը

2.4. Գլխավոր շրջանառության պոմպերի կառուցվածքը և բնութագրերը

2.5. Արմատուր և գլխավոր շրջանառության խողովակագծեր

2.6. Ռեակտորային տեղակայանքի հիմնական սարքավորումների հարմարադասավորումը

ԳԼՈԽ 3. ՋՋԷՌ-440 ԷՆԵՐԳԱԲԼՈԿԻ ԵՐԿՐՈՐԴ ԿՈՆՏՈՒՐԻ ՀԻՄՆԱԿԱՆ

ՍԱՐՔԱՎՈՐՈՒՄՆԵՐԸ ԵՎ ԱՇԽԱՏԱՆՔԱՅԻՆ ԲՆՈՒԹԱԳՐԵՐԸ

3.1. Տուրբինային տեղակայանքի կառուցվածքային սխեման և բնութագրերը

3.2. Տուրբինային տեղակայանքի թերմոդինամիկական ցիկլը T-S դիագրամում

3.3 ՋՋԷՌ-440 ռեակտորով կահավորված ԱԷԿ-ում շոգու սկզբնական և վերջնական ջերմաստիճանների ընտրությունը

3.4. Զատիչ-շոգեգերտաքացուցչի կառուցվածքը և տեխնիկական բնութագրերը

3.5. Կոնդենսացիոն տեղակայանքի աշխատանքի սկզբունքը և կոնդենսատորի կառուցվածքը

3.6. Ռեգեներատիվ տաքացուցիչների կառուցվածքը և տեխնոլոգիական սխեմաները Սնող ջրի գազազրկման տեղակայանքներ

3.7. Սնող ջրի գազազրկման տեղակայանքներ

3.7.1. Գազազրկիչի նշանակությունը և կառուցվածքը

3.7.2. Սնող էլեկտրապոմպերի բնութագիրը և կառուցվածքը

ԳԼՈՒԽ 4. ՋՋԷՌ-440 ԷՆԵՐԳԱԲԼՈԿԻ ՇԱՀԱԳՈՐԾՄԱՆ ԲՆԱԿԱՆՈՆ ՌԵԺԻՄՆԵՐԸ

4.1. Էներգաբլոկի անվանական ռեժիմը

4.1.1. Ակտիվ գոտու ջերմակրի ծախսը

4.1.2. Ճնշումը առաջին և երկրորդ կոնտուրներում

4.1.3. Էներգաանջատման հավասարեցումը՝ ըստ ակտիվ գոտու շառավղի

4.1.4. Էներգաանջատման հավասարեցումը՝ ըստ ակտիվ գոտու բարձրության

4.2. Փաստացի և նախագծային անվանական ռեժիմների տարբերությունը և դրա պատճառները

4.3. Ոչ անվանական ռեժիմներ

4.3.1. Էներգաբլոկի ցածր հզորությամբ աշխատանքի պատճառները

4.3.2. Էներգաբլոկի թույլատրելի հզորությունների միջակայքը

4.3.3. Էներգաբլոկի հզորության բարձրացման հնարավորությունները

4.4. Էներգաբլոկի ստատիկ բնութագրերը և կարգավորման ծրագրերը

4.4.1. Կարգավորման ծրագրերը

4.4.2. Էներգաբլոկի անցողիկ ռեժիմները՝ առանց կարգավորիչների

4.5. Էներգաբլոկի հզորության կարգավորման սխեմաները և հիմնական կարգավորիչները

4.5.1. Կարգավորման սխեմաները

4.5.2. Ռեակտորի հզորության հիմնական կարգավորիչները: Ավտոմատ կարգավորիչը

4.5.3. Էներգաբլոկի անցողիկ ռեժիմները կարգավորիչներով

4.6. Էներգաբլոկի գործարկման և կանգի ռեժիմները

4.6.1. Էներգաբլոկի գործարկումը պլանային-նախազգուշական վերանորոգումից հետո

4.6.2. Էներգաբլոկի բնականոն կանգի ռեժիմը

ԳԼՈՒԽ 5. ՋՋԷՌ-440 ԷՆԵՐԳԱԲԼՈԿԻ ՌԵԺԻՄՆԵՐԸ՝ ԲՆԱԿԱՆՈՆ

ՇԱՀԱԳՈՐԾՄԱՆ ՊԱՅՄԱՆՆԵՐԻ ԽԱԽՏՄԱՄԲ

5.1. Վթարային իրավիճակներ և վթարային ռեժիմներ

5.2. Վթարների և վթարային իրավիճակների պատճառները

5.3. Վթարների և վթարային իրավիճակների վերլուծություն

5.4. Նախագծային վթարներ

5.4.1 Վթարներ՝ պայմանավորված դրական ռեակտիվության ներմուծմամբ

5.4.2. Վթարներ՝ ակտիվ գոտուց ջերմահեռացման խախտմամբ

5.4.3. Էներգաբլոկի լրիվ հոսանքազրկումը

5.4.4. Էներգաբլոկի երկրորդ կոնտուրի սնող ջրի պոմպերի անջատումը

5.4.5. Տուրբոգեներատորների վթարային անջատումը

5.4.6. Վթարներ՝ առաջին և երկրորդ կոնտուրների հերմետիկության խախտմամբ

5.5. Արտանախագծային վթարներ

5.5.1. Առաջին կոնտուրի Dպ=32մմ տրամագծով հոսաթողում՝ վթարային լրասնման համակարգի լրիվ խափանմամբ

5.5.2. Վթար՝ ճնշման փոխհատուցչի ապահովիչ փականը բացվելու և չփակվելու (վթարային լրասնման համակարգի խափանման) հետևանքով

5.5.3. Առաջին կոնտուրի գլխավոր խողովակագծի պատռումը

ԳԼՈՒԽ 6. ԵՐԿԿՈՆՏՈՒՐ ԱԷԿ-Ի ՋՐԱՔԻՄԻԱԿԱՆ ՌԵԺԻՄԸ

6.1. ԱԷԿ-ում ջրաքիմիական ռեժիմի հսկման հիմնախնդիրները

6.2. ԱԷԿ-ում ջրաքիմիական ռեժիմի հիմնական բնութագրերը

6.3. Երկկոնտուր ԱԷԿ-ի առաջին կոնտուրի ջրաքիմիական ռեժիմի առանձնահատկությունները

6.4. Ջրային միջավայրում մետաղների կոռոզիայի թերմոդինամիկայի հիմունքները

6.5. Անոդային պրոցեսների կինետիկան

6.6. Ջերմատարի ռադիոլիզը միջուկային ռեակտորներում

6.7. Տարբեր գործոնների ազդեցությունը կոռոզիոն պրոցեսների վրա

6.8. Ճառագայթման ազդեցությունը ռեակտորային նյութերի կոռոզիայի վրա

6.9. ՋՋԷՌ տիպի ռեակտորներով ԱԷԿ-ի առաջին կոնտուրի ջրաքիմիական ռեժիմը

6.10.  ՋՋԷՌ տիպի ռեակտորներով ԱԷԿ-ի երկրորդ կոնտուրի ջրաքիմիական ռեժիմը

ՕԳՏԱԳՈՐԾՎԱԾ ԳՐԱԿԱՆՈՒԹՅՈՒՆ

ՀԱՎԵԼՎԱԾ 1

ՀԱՎԵԼՎԱԾ 2

ՀԱՎԵԼՎԱԾ 3

ՀԱՎԵԼՎԱԾ 4

 

 

ՆԱԽԱԲԱՆ

 

Դասագրքում ներկայացվում են ՋՋԷՌ-440 էներգաբլոկի հիմնական սարքա­վորում­ները, դրանց կառուցվածքային առանձնահատկությունները, տեխնոլոգիական պրոցես­նե­րի հաջորդականությունը, կառավարման և կարգավորման համակարգերի դերն ու նշա­նակությունը: Մանրամասն դիտարկվում են էներգաբլոկի գործարկման, կանգառման և շա­հագործման տարաբնույթ աշխատանքային ռեժիմները, որոնք վերլուծվել են Հայկական ատոմային էլեկտրակայանի (ՀԱԷԿ) օրինակի վրա՝ հատկապես վերջինիս անվտանգ շա­հա­գործումը ապահովելու տեսանկյունից:

Շարադրված նյութի առավել մատչելի յուրացմանը նպաստելու նպատակով համա­ռոտ անդրադարձ է կատարված նաև միջուկային ֆիզիկայի հիմնարար սկզբունքներին:

Դասագիրքը կազմելիս հեղինակները առավելագույնս օգտագործել են ՀԱԷԿ-ում կի­րառ­վող տեխնիկական հրահանգները, կանոնակարգերը և սարքավորումների շահա­գործ­մանն առնչվող այլ փաստաթղթային փաթեթները:

Շահագործման բնականոն և վթարային բոլոր ռեժիմները դիտարկվել և համա­կող­մա­նիորեն վերլուծվել են ՀԱԷԿ-ի ուսումնավարժական կենտրոնի բազմաֆունկցիոնալ և լայնամասշտաբ վարժասարքի կտրվածքով: Հեղինակները նպատակահարմար են գտել ՀԱԷԿ-ի ռեակտորային արտադրամասի սարքավորումների հարմարադասավորման սխե­մա­ները ներկայացնել բնագիր լեզվով՝ ռուսերենով, որը, ինչ խոսք, որոշակի դժվարու­թյուն­ներ կարող էր առաջացնել, որոնք և մասամբ հաղթահարվել են: Դասագիրքը, բնա­կա­նա­բար, ստեղծվել է առաջին հերթին Հայաստանի ազգային պոլիտեխնիկական համալ­սա­րանի Էներգետիկայի և էլեկտրատեխնիկայի ինստիտուտի «Ատոմային էլեկտրական կա­յան­ներ և տեղակայանքներ» և «Տեխնոլոգիական պրոցեսների կառավարում (ատոմային է­ներ­գետիկայի բնագավառում)» մասնագիտությունների գծով ուսումնառություն անցնող ու­սանողների համար, սակայն այն հաջողությամբ կարող են օգտագործել հարակից, ինչ­պես նաև Երևանի պետական համալսարանի Ֆիզիկայի ֆակուլտետի համապատասխան մասնագիտություների ուսանողները: Այն միանշանակ կարող է նաև ծառայել ՀԱԷԿ-ի սկսն օպերատիվ անձնակազմին՝ մասնագիտական որակավորման բարձրացման գոր­ծա­ռույթներում, միաժամանակ որպես ուղեցույց օգտակար կլինի ՀԱԷԿ-ի և միջուկային ան­վտանգության կարգավորող մարմնի մասնագետների լայն շրջանակներին իրենց ամեն­օրյա գործունեության ընթացքում:

Դասագրքի ստեղծման գործընթացում ցուցաբերած աջակցության, օգտակար խոր­հուրդ­ների և մասնագիտական շտկումների ու լրացումների համար հեղինակները խորին շնոր­հակալություն են հայտնում ՀԱԷԿ-ի ուսումնավարժանքային կենտրոնի պետի տե­ղա­կալ Ա. Մանուկյանին, ռեակտորային արտադրամասի հերթափոխի պետ Ա. Սարգսյանին, ՀՀ Միջուկային անվտանգության կարգավորման պետական կոմիտեի աշխատակից Ս. Բզնունուն, գրախոսներ Ս. Մինասյանին, Ա. Մկրտչյանին, Ա. Գևորգ­յա­նին, ինչպես նաև խմբագիր դոցենտ Հ. Պետրոսյանին, Ռ. Սահակ­յա­նին գրքի համարգչային ձևավորման հա­մար, «Հայատոմ» ԳՀԻ աշխատակցուհի Ա. Մար­տի­րոսյանին և ՀԱՊՀ ՄԱՏՈՒԿ-ի աշխա­տակցուհի Լ. Ավետիսյանին դասագրքի համա­կարգչային շարվածքի իրականացման հա­մար:

Հասկանալի է, որ մայրենի լեզվով նման բնույթի առաջին անգամ հրատարակվող և բավականաչափ տարողունակ հրատարակությունը չի կարող զերծ լինել որոշակի բացթո­ղումներից ու թերություններից: Հեղինակները շնորհակալությամբ կընդու­նեն բոլոր դի­տողություններն ու առաջարկությունները:

 

>>

ԳԼՈՒԽ 1. ՄԻՋՈՒԿԱՅԻՆ ՖԻԶԻԿԱՅԻ ՀԻՄՆԱՐԱՐ ՍԿԶԲՈՒՆՔՆԵՐԸ

1.1.   ԱՏՈՄԻ ԿԱՌՈՒՑՎԱԾՔԸ

        

Հայտնի է, որ ատոմը բաղկացած է միջուկից և նրա շուրջը պտտվող բացասական լից­­քավորված էլեկտրոններից: Միջուկի շուրջը պտտվող էլեկտրոնների ամբողջականու­թյու­նը կոչվում է ատոմի էլեկտրոնային թաղանթ:

Նկ. 1.1-ում ներկայացված են ջրածնի, հելիումի և ածխածնի ատոմների կառուց­ված­քային պարզագույն մոդելները:

Յուրաքանչյուր էլեկտրոնի էլեկտրական լիցքը թվապես հավասար է՝

Եթե ատոմը պարունակում է Z թվով էլեկտրոններ, ապա դրանց գումարային լիցքը կկազմի Z·e:

Միջուկը կազմված է պրոտոններից և նեյտրոններից, որոնց ընդհանուր անվանումն է նուկլոններ: Յուրաքանչյուր պրոտոնի լիցքը դրական է և բացարձակ արժեքով հավասար էլեկտրոնի լիցքին: Նեյտրոնն օժտված չէ էլեկտրական լիցքով (էլեկտրաչեզոք է): Նկ. 1.2-ում ներկայացված են հելիումի, ածխածնի և ուրանի միջուկների կառուցվածքային պար­զա­գույն մոդելները:

 

Պրոտոնի և նեյտրոնի զանգվածները գրեթե հավասար են, թեև նեյտրոնի զանգվածը մի փոքր՝ 1.002 անգամ գերազանցում է պրոտոնի զանգվածը (նեյտրոնի զանգվածը՝ 1,675x10^-24գ, պրոտոնի զանգվածը՝ 1,672x10^-24գ): Պրոտոնի և նեյտրոնի զանգվածները  անգամ մեծ են էլեկտրոնի զանգվածից, այսինքն՝ ատոմի զանգվածը կենտրոնացած է նրա միջուկում: Նշվածը ցայտուն կերպով երևում է նկ. 1.3-ում, որտեղ ատոմը ներկայացված է 10¹² անգամ մեծացված: Այդ դեպքում թաղանթն ունի 100 մ տրամագիծ, իսկ միջուկը` ընդամենը 1սմ, ընդ որում, ատոմի չափը շատ անգամ գերա­զան­ցում է միջուկի չափը:

Միջուկային ֆիզիկայում որպես զանգվածի ատոմական միավոր (զ.ա.մ) ընդունված է ածխածնի ատոմի զանգվածի 1/12-ը, որը հավասար է 1,66·10^-24գ:

Որպես ատոմական միավորների նշանակում ընդունված է   որտեղ X-ը քիմիա­կան տարրի պայմանանշանն է, A-ն՝ զանգվածային թիվը (միջուկում նուկլոնների քա­նա­կը), Z-ը՝ միջուկում պրոտոնների քանակը, որը հավասար է Մենդելեևի աղյուսակում տվյալ քիմիական տարրի կարգաթվին, համընկնում է ատոմի էլեկտրոնների թվին և որո­շում տարրի հիմնական քիմիական հատկությունները: Օրինակ` ուրանի զանգվածային թիվն է՝ A=235, իսկ կարգաթիվը՝ Z=92, հետևաբար՝ նշանակումն է

Միևնույն քանակով պրոտոններ, բայց տարբեր թվով նեյտրոններ ունեցող միջուկները կոչվում են իզոտոպներ:

Քանի որ իզոտոպներն օժտված են միևնույն քիմիական հատկություններով, ուստի դրանք նշագրվում են միևնույն պայմանանշանով: Այսպես, ջրածինն ունի երեք իզոտոպ. սովորական ջրածինը՝   (միջուկը կազմված է մեկ պրոտոնից), դեյտրիումը՝   (միջուկը կազմված է պրոտոնից և նեյտրոնից), տրիցիումը՝   (միջուկը կազմված է պրոտոնից և երկու նեյտրոնից):

Բնության մեջ հանդիպում են ուրանի երեք իզոտոպներ`  Բոլորը պա­րունակում են հավասար քանակով պրոտոններ (ինչպես նաև էլեկտրոններ)՝ -92: Բայց դրանց նեյտրոնների քանակները տարբեր են.

Ինչպես նշվեց վերևում, միջուկի չափերը խիստ փոքր են, ~10^-13¸10^-12 սմ, հետևաբար՝ միջուկային նյութի խտությունը (միջուկում նուկլոնների կոնցենտրացիան) շատ մեծ է, օրինակ` ուրանի դեպքում հավասար է 1,16·10¹⁴ գ/սմ ³ : Բոլոր միջուկներն օժտված են միևնույն խտությամբ, որը վկայում է միջուկային նյութի անսեղմելիությունը: Վերջին հանգամանքով պայմանավորված՝ միջուկային նյութը կարող է համեմատվել հե­ղուկ­ների հետ:

>>

 

1.2.    ՌԱԴԻՈԱԿՏԻՎՈՒԹՅՈՒՆ

Քիմիական տարրերի ոչ բոլոր իզոտոպներն են կայուն: Դրանց որոշակի մասը ռադիո­ակ­տիվ են, այսինքն՝ ատոմների ինքնին տրոհման արդյունքում արձակվում են նեյտ­րոն­ներ,

Այդպիսի իզոտոպները, ռադիոակտիվ տրոհման շնորհիվ, փոխարկվում են այլ տար­րերի իզոտոպների: Օրինակ`   տրոհման շնորհիվ փոխարկվում է թորիումի՝  այսինքն՝ արձակելով  մասնիկ, որը ներկայացնում է հելիումի միջուկը՝  (2 պրոտոն + 2 նեյտրոն), վերափոխվում է նոր տարրի: Կամ` լիթիումը՝  արձակելով  մասնիկ (էլեկտ­րոն), փոխարկվում է բերիլիումի՝ , այսինքն՝ լիթիումի միջուկում ինչ-որ մի նեյտրոն վե­րա­փոխվում է պրոտոնի և էլեկտրոնի, էլեկտրոնն արձակվում է միջուկից:

 ճառագայթման ժամանակ փոխվում է միայն միջուկի ներքին էներգիան, իսկ պրոտոնների և նեյտրոնների քանակը մնում է հաստատուն:

 կամ  անցումներից հետո մնացորդային միջուկը, գերակշիռ դեպքերում, գտնվում է գրգռված վիճակում: Եթե գրգռման էներգիան չի բավարարում միջուկից նուկլոնի ար­ձակ­­վե­լու համար, ապա միջուկի հիմնական վիճակին անցնումն ուղեկցվում է  քվանտի ար­ձակմամբ:

ճառագայթման դեպքում պրոտոնների և նեյտրոնների քանակը միջու­կում չի փոխվում, պարզապես միջուկը էներգետիկ ավելի բարձր գրգռված մակարդակից անց­նում է ավելի ցածր մակարդակի:

Շատ կարևոր է նշել, որ  ճառագայթումը, ինչպես լույսը, արձակում է դիսկրետ, ա­ռան­ձին «չափաբաժիններով» քվանտներ՝ ֆոտոններ, որոնց հաճախականությունը գտնվում է    միջակայքում: Քվանտները շարժվում են հաստատուն 299792,5 կմ/վ արագությամբ: Քվանտի էներգիան   տիրույթում է, իսկ ալիքի երկարությունը՝     տիրույթում:

Տարբերակվում են երկու տիպի ռադիոակտիվ նյութեր` բնական և արհեստական: Բնական ռադիոակտիվ նյութերը հանդիպում են բնության մեջ, օրինակ` ռադիումը՝ :

Արհեստական ռադիոակտիվ նյութերը ստացվում են արագացուցիչներում, միջուկա­յին ռեակտորներում՝ կայուն նյութերը նեյտրոններով կամ պրոտոններով ճառագայթելով:

Այսպիսով, որոշակի բնական կամ արհեստական քիմիական նյութերի անընդհատ ինքնին փոխարկումների ընթացքում այդ նյութերի՝ նեյտրոններ, - քվանտ և ,  մաս­նիկ­ներ արձակելու երևույթը կոչվում է ռադիոակտիվություն:

Ռադիոակտիվ տրոհման ժամանակ առաջանում են նոր ատոմներ, որոնք հաճախ անկայուն են, և իրենք ևս տրոհվում են: Հետևաբար, մեկ տիպի միջուկի ռադիոակտիվ տրոհումը հաճախ հանգեցնում է նոր տիպի ռադիոակտիվ միջուկի առաջացմանը:

Ռադիոակտիվ տրոհումը բնութագրվում է հետևյալ օրենքով.

որտեղ N_o-ը նյութում ռադիոակտիվ միջուկների կամ ատոմների թիվն է սկզբնական t_o=0 պահին, N-ը՝ նյութում ռադիոակտիվ միջուկների կամ ատոմների թիվը t պահին,   տվյալ ռադիոակտիվ իզոտոպի համար բնութագրական մեծություն է, որը կոչվում է տրոհման հաստատուն: Այն ցույց է տալիս միավոր ժամանակում տրոհվող միջուկների չափա­բա­ժինը, այսինքն՝ միջուկների որ մասն է 1վ – ում տրոհվում: Ունի միավոր ժամանակում տրոհման հավանականություն և չափողականություն՝ վ ^-1, օրինակ, կոբալտի ( դեպքում՝

е-ի ցուցչի մինուս նշանը նշանակում է, որ N-ը միշտ նվազում է: Այսինքն՝  որո­շում է տրոհման արագությունը. որքան այն մեծ է, այնքան արագ տեղի կունենա տրո­հումը:

>>

 

1.2.1.              Ակտիվություն

Ռադիոակտիվ նյութերով աշխատելիս ավելի կարևոր է իմանալ ատոմների (միջուկ­նե­րի) ոչ թե քանակը, այլ ակտիվությունը: Ակտիվությունը մեկ վայրկյանում նյութի ամ­բողջ ծավալում միջուկների տրոհվող ակտերի թիվն է:

Այս սահմանումից հետևում է, որ՝

Ըստ չափողականությունների միջազգային համակարգի (ՄՀ)՝ ակտիվության միա­վորն է բեքերելը (Բք)՝ 1Բք = 1տրոհում/վ: Սակայն հաճախ որպես ռադիոակտիվության միավոր օգտագործում են նաև կյուրին, որը հավասար է 3,7·10¹⁰ տրոհում/վ: Այս տրո­հում­ների թիվը մոտավորապես համապատասխանում է 1գ ռադիումի՝  1 վայր­կյանում ար­ձակած մասնիկների թվին: Գործնականում օգտագործում են ռադիոակտիվ տրոհման մեկ այլ ժամանակային բնութագիր՝ կիսատրոհման պարբերությունը՝ T_1/2 : Դա այն ժա­մանակն է, որի ընթացքում տրոհվում է տվյալ իզոտոպի բոլոր միջուկների կեսը՝    

Տեղադրելով N(T_1/2)-ի արժեքը (1.1)-ի մեջ, կստանանք      որտեղից ստացվում է -ի և T_1/2-ի կապը՝

որտեղ  ռադիոակտիվ իզոտոպի կյանքի միջին տևողությունն է, այսինքն՝ այն ժամանակը, որի ընթացքում ռադիոակտիվ միջուկների քանակը տրոհման հետևանքով փոքրանում է e անգամ:

Տարբեր տարրերի իզոտոպների կիսատրոհման պարբերություններն ունեն ամենա­տար­բեր արժեքներ՝ սկսած վայրկյանի չնչին մասերից մինչև մի քանի միլիարդ տարի,  

>>

 

1.3.    ԶԱՆԳՎԱԾԻ ԵՎ ԷՆԵՐԳԻԱՅԻ ՓՈԽԿԱՊԱԿՑՎԱԾՈՒԹՅՈՒՆԸ

Հայտնի է, որ մարմնի զանգվածը փոքր արագությունների դեպքում կախված չէ նրա արագությունից, սակայն ըստ հարաբերականության տեսության, որը հաստատվել է փորձով, ապացուցվում է, որ եթե մարմինը շարժվում է մեծ (լույսի արագությանը մոտ) արագությամբ, ապա նրա զանգվածը փոխվում է: Զանգվածի և արագության առնչությունն արտահայտվում է հետևյալ բանաձևով.

որտեղ m_o -ն մարմնի զանգվածն է դադարի վիճակում, կգ, m-ը՝ մարմնի զանգվածը, երբ այն շարժվում է V արագությամբ, մ/վ, C-ն՝ լույսի արագությունը վակուումում՝ 3·10⁸ մ/վ:

Օրինակ, եթե էլեկտրոնը շարժվում է 10⁸ մ/վ արագությամբ, ապա նրա զանգվածը հավասար է՝

այսինքն՝ դադարի զանգվածի համեմատությամբ աճը կազմում է  

Հարաբերականության տեսությունից հետևում է նաև զանգվածի և էներգիայի կապը: Մարմնին էներգիա հաղորդելիս մեծանում է նրա զանգվածը: Էներգիայի և զանգվածի կապն արտահայտվում է Էյնշտեյնի հայտնի բանաձևով՝

որտեղ E-ն մարմնի լրիվ էներգիան է: Բանաձևից հետևում է, որ մարմնի էներգիայի փոփոխությունն ուղեկցվում է այդ մարմնի զանգվածի փոփոխությամբ: Կամ՝ դադարի վի­ճա­կում գտնվող մարմինն օժտված է էերգիայով: Կամ՝ m զանգված ունեցող մարմինը միա­ժամանակ օժտված է E  էներգիայով: Օրինակ` 1 կգ զանգված ունեցող նյութն օժտված է էներ­գիայով, որը հավասար է՝

         

          որը համարժեք է    նավթի այրման էներգիային:

Այսպիսով, կարելի է ասել, որ նյութի ատոմների միջուկում առկա է հսկայական քա­նակով էներգիայի պաշար: Հասկանալի է, որ ներկայացված հաշվարկը տեսական է, և օգտագործել այդ ամբողջ պարփակված էներգիան գործնականում հնարավոր չէ: Դա կապված է բազմաթիվ անիրագործելի կիրառական խնդիրների հետ: Առայժմ գիտության առաջընթացը թույլ է տալիս օգտագործել այդ էներգիայի միայն չնչին մասը ՝ միջուկային ռեակցիաների միջոցով:

Միջուկի բաժանման ռեակցիաների ժամանակ անջատվում է նյութի լրիվ էներգիայի      իսկ ջերմամիջուկային ռեակցիաների ժամանակ, երբ սինթեզվում են թեթև միջուկներ, լրիվ էներգիայի  այսինքն՝ զգալիորեն ավելի շատ:

Սակայն պետք է նկատի ունենալ, որ նյութի սովորական փոխարկումների ժամա­նակ, երբ դրանք ուղեկցվում են էներգիայի համեմատաբար ոչ մեծ փոփոխությամբ, զանգվածի փոփոխությունն այնքան չնչին է, որ կարելի է անտեսել: Օրինակ` 1կգ սառույցը հալեց­նե­լու համար պետք է ծախսել 80 Կկալ ջերմություն: Էներգիայի այդքան մեծացմանը հա­մա­պատասխանում է զանգվածի   որը, բնականաբար, սովո­րա­կան պայ­ման­ներում հնարավոր չէ հայտնաբերել:

Միջուկային փոխարկումների դեպքում, որոնք կդիտարկվեն հաջորդ ենթաբաժնում, տեղի է ունենում հսկայական քանակով էներգիայի անջատում կամ կլանում, որի պատ­ճա­ռով միջուկների զանգվածը զգալիորեն փոխվում է:

Միջուկային ֆիզիկայում էներգիան չափվում է էլեկտրոնվոլտերով՝ ԷՎ: Մեկ էլեկ­տրոն­­վոլտը համապատասխանում է այն կինետիկ էներգիային, որ ձեռք է բերում մեկ էլեկտ­րոնի լիցք ունեցող մասնիկը, որն անցել է մի կետից մյուսը 1Վ պոտենցիալների տար­­բերությամբ էլեկտրական դաշտում.

 

Հաճախ օգտագործում են ավելի մեծ միավոր` մեգաէլեկտրոնվոլտը (1ՄԷՎ=10⁶ ԷՎ):

>>

 

1.4.    ՄԻՋՈՒԿԱՅԻՆ ՈՒԺԵՐ ԵՎ ՄԻՋՈՒԿԻ ԿԱՊԻ ԷՆԵՐԳԻԱՆ

Միջուկային ռեակցիաները դիտարկելիս անհրաժեշտ է պարզաբանել, թե միջու­կա­յին մասնիկներն ինչպիսի ուժերով են միմյանց փոխկապակցված:

Ցանկացած նյութի ատոմի միջուկի մեջ գործում են երկու հիմնական ուժեր. առա­ջի­նը էլեկտրական վանողական կուլոնյան հայտնի ուժերն են, որոնք պայմանավորված են դրա­կան լիցքավորված պրոտոններով, երկրորդը՝ միջուկային ձգողական ուժերը, որոնք զգա­լիորեն գերազանցում են վանողական ուժերին:

Միջուկային ուժերն առանձնահատուկ բնույթի են, և միջուկային ռեակցիաները պայ­մա­նավորված են այդ առանձնահատկություններով: Միջուկային ուժերի գլխավոր առանձ­նահատկությունն այն է, որ դրանց ազդեցության շառավիղը շատ փոքր է՝    Մի­ջու­կի սահմաններից դուրս դրանց ազդեցությունը դադարում է, և գործում են միայն էլեկտ­րա­կան ուժերը: Նկ. 1.4-ում սխեմատիկորեն ցույց են տրված երկու պրոտոնների միջև գործող ու­ժե­րը: Էլեկտրական ուժերի ազդեցությունը, կախված նրանց միջև եղած հեռա­վո­րու­թյունից (r), փոխվում է  

 

Միջուկային ուժերը գործում են, երբ նուկլոններն իրար նկատմամբ խիտ են դասա­վոր­ված (նման են իրար կպած կոնֆետների գնդիկների): Այսինքն՝ միջուկում յուրաքանչյուր նուկլոն պահվում է միայն հարևան նուկլոններով, իսկ մնացած նուկլոնները, որոնք գտնվում են ավելի հեռու, միմյանց վրա չեն ազդում: Ի տարբերություն միջուկային ուժերի, կուլոնյան ուժերը գործում են բոլոր` թե մոտակա, թե հեռու գտնվող պրոտոնների մեջև (նկ. 1.5):

Միջուկային ուժերը զգալիորեն (մի քանի տասնյակ անգամ) մեծ են կուլոնյան ուժե­րից և    անգամ՝ գրավիտացիոն ուժերից: Եթե միջուկային ուժերը թույլ լինեին կուլոնյան ու­ժե­րից, ապա արդեն իսկ երկու պրոտոններ (ուրանի միջուկում դրանք 92-ն են) չէին կարող գտնվել այնպիսի փոքր հեռավորության վրա, ինչպիսին միջուկի չափն է, առավել ևս՝ մնալ միջուկում, և միջուկն ինքնին կտրոհվեր:

Միջուկային ուժերը գործում են 1 ֆերմի (10^-13սմ) հեռավորության վրա, և դրանց բնույ­թը խիստ փոփոխական է՝ կախված հեռավորությունից: Օրինակ` 0,7 ֆերմիից փոքր հեռա­վորության վրա դրանք գործում են որպես վանողական ուժեր: Երկու ֆերմի հեռա­վո­րու­թյան վրա դրանց ազդեցությունը վերանում է: Միջուկային ուժերն օժտված են, այսպես կոչ­ված, «հագեցման» հատկությամբ, այսինքն՝ միջուկային մասնիկների միջև փոխազդե­ցու­­թյունը սահմանափակվում է հիմնականում հարևան միջուկների տիրույթով (նկ. 1.5). եթե սինթեզվում են մի քանի մասնիկներ, ապա մյուս մասնիկների ձգողական ուժերը թուլանում են, և իրարից հեռու պրոտոնների միջև կարող են գործել միայն կուլոն­յան վա­նողական ուժերը: Հենց դրանով է բացատրվում միջուկների համեմատաբար հեշ­տու­թյամբ տրոհումը՝ դրանց զանգվածային թվի մեծացմանը զուգընթաց: Ակնհայտ է, որ ամենա­կա­յուն միացությունը ստացվում է որոշակի քանակով մասնիկների փոխկապակցվածության դեպքում: Օրինակ` շատ կայուն համակարգ է երկու պրոտոնների և երկու նեյտրոնների միացությունը (հելիումի միջուկը,   մասնիկը):

Կապի էներգիա: Նուկլոնների փոխազդեցության գումարային էներգիան պայմանա­վոր­ված է բոլոր նուկլոնների միջուկային ձգողության և պրոտոնների էլեկտրական վա­նողության ուժերով և կոչվում է միջուկի կապի էներգիա: Կապի էներգիան հավասար է այն էներգիային, որն անջատվում է միջուկը նուկլոններով կազմավորելիս:

>>

 

 

1.5.   ԶԱՆԳՎԱԾԻ ԹԵՐՈՒԹՅՈՒՆԸ (ԱՐԱՏԸ)

Միջուկի կապի էներգիան գնահատելու համար անհրաժեշտ է իմանալ միջուկում նուկլոնների զանգվածների հաշվեկշիռը՝ արտահայտված զանգվածի ատոմային միա­վոր­ներով: Միջուկը կազմող ազատ նուկլոնների գումարային զանգվածը մի փոքր մեծ է մի­ջուկի դադարի վիճակի զանգվածից, քանի որ միջուկում նուկլոնները գտնվում են կապված վիճակում: Այսինքն, եթե որևէ ատոմի միջուկի լրիվ զանգվածը որոշենք և այն համե­մա­տենք միջուկը կազմող առանձին նուկլոնների գումարային զանգվածի հետ, ապա կպար­զենք, որ նուկլոնների գումարային զանգվածն ավելի մեծ է միջուկի դադարի վիճակի զանգ­վածից:

Դասական ֆիզիկայի տեսանկյունից դա տարիմաստություն է («պարադոքս»), այս­ինքն՝ զանգվածը կազմող առանձին տարրերի զանգվածների գումարը չի կարող ավելի մեծ լինել, քան ինքը զանգվածը: Դրանք պետք է իրար հավասար լինեն: Միջուկային ֆիզիկան այդ հարցի պատասխանը տալիս է, և այն կդիտարկվի հաջորդիվ: Այստեղ նշենք, որ զանգ­վածների այդ տարբերությունը   կոչվում է զանգվածի թերություն, իսկ դրան համա­պա­տասխանող էներգիան` կապի էներգիա:

Վերը շարադրած միտքը պարզելու համար նկ. 1.6-ում ցույց է տրված կշեռք, որի մի նժարին դրված են հելիումի միջուկը կազմող ազատ նուկլոնները, իսկ մյուսին՝ մի­ջուկի զանգվածը (նուկլոնները կապակցված վիճակում են): Նկարից երևում է զանգ­ված­ների տարբերությունը, որը կոչեցինք զանգվածի թերություն. այն հավասար է՝  

 

Հաշվենք հելիումի միջուկի զանգվածի թերությունը և կապի էներգիան:

Հայտնի է, որ միջուկում պրոտոնի և նեյտրոնի զանգվածները հավասար են համապա­տասխանաբար 1,00727 և 1,00866 զանգվածի ատոմական միավորին (զ.ա.մ): Հելիումի միջուկի զանգվածը հավասար է 4,0026 զ.ա.մ: Զանգվածի թերությունը հավասար կլինի`

          Տեղադրելով    արժեքը (1.3) բանաձևի մեջ, կստանանք He-ի միջուկի կապի էներ­գիան.

Քանի որ հելիումի 1գ ատոմը պարունակում է 6,022·10²³ հելիումի միջուկ (Ավո­գա­դ­րոյի թիվ) և կշռում է 4 գ, ապա 1 գ հելիումից անջատված էներգիան, որը կառա­ջանա պրո­տոն­ները և նեյտրոները սինթեզելու դեպքում, կլինի՝

Այդքան էներգիա ժամանակին անջատվել է բնության մեջ հելիումի առաջացման պա­հին, որը համարժեք    բարձրորակ քարածխի կամ     բենզինի այրման էներ­գիային:

Նշենք, որ արևի էներգիան պայմանավորված է հենց այդպիսի ջերմամիջուկային ռեակ­ցիաներով, որոնք կարող են ընթանալ միայն շատ բարձր՝ մի քանի միլիոն ջեր­մաստի­ճանի պայմաններում, երբ տեղի է ունենում նուկլոնների սինթեզում:

Այսպիսով, զանգվածի թերությունը    ուղիղ համեմատական է կապի էներգիային.

 

Այս արտահայտությունը կարելի է պարզեցնել, եթե E = m·c² բանաձևով կապի էներ­գիան որոշենք 1 զ.ա.մ.-ին համապատասխան: E = m·c² բանաձևի մեջ զանգվածի չափողա­կանությունը տեղադրենք զ.ա.մ-ով (1զ.ա.մ.=1,66x10^-27կգ), կստանանք՝

Ստացվում է, որ  

(1.5) բանաձևի փոխարեն կարող ենք գրել՝

 

(1.6) բանաձևով հաշվենք միջուկային ռեակցիայից առաջացած կապի էներգիան, երբ միջուկը բաժանվում է բեկորների: Հաշվարկները կատարենք  -ի օրինակով, երբ միջուկը, կլանելով նեյտրոն, բաժանվում է երկու բեկորների` լանթանի՝  և մոլիբդենի՝ : (1.6) բանաձևում տեղադրելով զանգվածային թվերի ճշգրիտ արժեքները (Մենդելեևի աղյուսակից և [1] գրքից), կստանանք.

Հաշվի առնելով, որ 1գ -ի մեջ կա  ատոմ, կստացվի՝

Այսինքն՝ 1գ  ուրանից ստացված էներգիան բավարար է մոտավորապես 1000 բնա­կիչ ունեցող որևէ գյուղաքաղաքի էլեկտրական էներգիայի օրական սպառումն ապա­հո­վելու համար:

Համեմատելով 1գ ուրանի  բաժանումից առաջացած էներգիան դեյտրիումի  ( ) սինթեզից առաջացած 1գ-ի էներգիայի հետ, կարող ենք ասել, որ վերջինս  անգամ ավելի մեծ է: Այսինքն՝ ջերմամիջուկային ռեակցիայից առաջացած էներգիան շատ անգամ ավելի մեծ է միջուկային ռեակցիայից առաջացած էներգիայից:

Միջուկային ֆիզիկայում միջուկի կարևոր բնութագրերից է մեկ նուկլոնին բաժին ընկնող կապի էներգիան՝ տեսակարար կապի էներգիան, այսինքն՝ այն աշխատանքը, որը կատարվում է մեկ նուկլոնի՝ միջուկից արձակվելու (դուրս թռչելու) դեպքում:

Տեսակարար կապի էներգիան նշանակվում է -ով և հավասար է՝  Նկ. 1.7-ում ցույց է տրված տեսակարար կապի էներգիայի և միջուկների զանգվածային թվի առնչու­­թյունը:

Կորից երևում է, որ գրեթե բոլոր կայուն միջուկների համար, որոնք ունեն միջին զանգվածային թիվ՝   բարիում՝ (մոլիբդեն՝  լանթան՝ . սրանք գրաֆիկում չեն երևում), տեսակարար կապի էներգիան մոտավորապես հաստատուն է և ունի    արժեք: -ի մեծությունը հասնում է առավելագույն արժեքին   տիրույթում (կրիպտոն՝ ):

Միայն թեթև (10-ից փոքր զանգվածային թվով) տարրերի դեպքում է դիտվում տեսակարար կապի էներգիայի կտրուկ տարբերություն:

Գերծանր տարրերի   միջուկների բաժանման դեպքում, երբ գոյանում են ավելի թեթևները, նույնպես դիտվում է տեսակարար կապի էներգիաների տարբերություն    զանգվածային թվով տարրերն ամենակայունն են, և դրանք տրոհելու համար կպահանջվի առավելագույն քանակությամբ էներգիա:

Միջուկային էներգիա ստանալու տեսանկյունից ուշագրավ են կորի սկզբում և վեր­ջում գտնվող տարրերը, քանի որ միայն այս տիրույթներում է դիտվում տեսակարար կա­պի էներ­գիաների՝ զանգվածային թվից կախված զգալի փոփոխություն: Էներգիայի պահ­պան­ման օրենքի համաձայն՝ անջատված էներգիան պետք է հավասար լինի սկզբնական և վերջնական միջուկների կապի էներգիաների տարբերությանը:

Այսպիսով, կորի վերլուծությունը ցույց է տալիս, որ միջուկային էներգիա ստանալու համար կա երկու հնարավոր ուղղություն:

Առաջինը թեթև տարրերից ավելի ծանր տարրի սինթեզումն է, օրինակ՝ դեյտրիումից հե­լիում ստանալը:

Երկրորդը ծանր տարրերի միջուկների բաժանումն է, երբ գոյանում են զանգվածի միջին թիվ ունեցող տարրեր (օրինակ`  -ի բաժանումը լանթանի և մոլիբդենի ):

   զանգված ունեցող տարրերից միջուկային էներգիա ստանալը շահավետ չէ, այսինքն՝ որքան էլ այդ միջուկները վերակառուցենք (բաժանենք, սինթեզենք), արդյունք չենք ստանա, քանի որ դրանց զանգվածային թիվն ունի տեսակարար կապի էներգիայի առավելագույն արժեքը՝   :  Կրկին նշենք, որ սինթեզելու պարագայում շատ անգամ ավելի մեծ էներգիա է անջատվում, քան միջուկի բաժանման դեպքում, քանի որ միջուկ­նե­րի տեսակարար կապի էներգիաների տարբերությունն այդ տիրույթում ավելի մեծ է:

Որպես օրինակ օգտագործելով կորի տվյալները՝ մի անգամ ևս հաշվենք 1գ-ի բաժանումից անջատված միջուկային էներգիան: Եթե ընդունենք, որ -ը բաժանվում է երկու հավասար մասերի, ապա յուրաքանչյուր բեկորի զանգվածային թիվը կլինի՝

Գրաֆիկից երևում է, որ 117,5 զանգվածային թիվ ունեցող միջուկի տեսակարար կապի էներգիան հավասար է    հետևաբար՝ յուրաքանչյուր բեկորի լրիվ էներգիան կլինի.

-ի լրիվ կապի էներգիան հավասար կլինի տեսակարար կապի էներգիայի (7,5ՄԷՎ) և նրա զանգվածի արտադրյալին.

-ի մեկ միջուկից անջատված միջուկային էներգիան հավասար կլինի բեկորների կապի էներգիաների գումարի և միջուկի կապի էներգիայի տարբերությանը.

 

Քանի որ 1գ -ի մեջ կա ատոմ, ապա նրանից անջատված լրիվ էներ­գիան կլինի՝

 

Ստացվեց մոտավորապես նույն թիվը, ինչ որ հաշվել էինք (1.6) բանաձևով: Նշենք, որ (1.6) բանաձևով հաշվարկները կատարվում են ավելի ճշգրիտ, իսկ կորից օգտվելիս դրանք մոտավոր են:

Հատկանշական է, որ այդքան էներգիան համարժեք է    բենզինի այրման էներգիային:

>>

 

 

1.6.    ՄԻՋՈՒԿԱՅԻՆ ՌԵԱԿՑԻԱՆԵՐ

Միջուկային ռեակցիան միջուկների կամ մասնիկների բախման հետևանքով այն­պի­սի փոխազդեցությունն է, որը հանգեցնում է դրանց փոխադարձ փոխակերպմանը: Միջու­կա­յին ռեակցիայի ժամանակ կարող են տեղի ունենալ միջուկների բաժանում, միաձուլում, մի միջուկի փոխարկումը մեկ այլ միջուկի և այլն:

Միջուկային ռեակցիաների հիմնական առանձնահատկություններից մեկն այն է, որ ռեակցիայի ժամանակ անջատվում կամ կլանվում է հսկայական քանակով էներգիա, մո­տա­վորապես միլիոն անգամ ավելի շատ, քան քիմիական ռեակցիաների դեպքում: Միջու­կա­յին ռեակցիաների կարևորագույն չափանիշներից մեկը ռեակցիայի հավանա­կա­նու­թյունն է:

Ժամանակակից միջուկային էներգետիկայի տեսանկյունից առավել էականը նեյտ­րոն­­ների՝ տարբեր նյութերի միջուկների հետ փոխազդեցության երևույթն է: Այն բնու­թա­գրվում է արդյունավետ կտրվածքով    չափողականությամբ՝սմ ² : Որպես արդյունավետ կտրված­քի միավոր ընդունված է 10^-24 սմ ² -ը, որը կոչվում է բարն    ոչ միայն փոխազդող մասնիկի և միջուկի լայնական կտրվածքի մակերեսն է, այլև իրակա­նում բո­վանդակում է պրոցեսի ֆիզիկաքիմիական բնույթի վերաբերյալ ամբողջ տեղե­կույ­թը (մե­խանիզմը, կախումը էներգիայից և այլն):

Միջուկային ռեակցիայի տեսակից կախված՝ տարբերակում են ցրման (դանդա­ղեց­ման)՝ σ_s, ռադիացիոն զավթման՝ σ_a և բաժանման՝ σ_R կտրվածք հասկացությունները: Ցրու­մը բնորոշվում է առաձգական և ոչ առաձգական ցրման կտրվածքներով: Թեթև մի­ջուկ­ների վրա առաձգական ցրումը հատկապես մեծ կարևորություն ունի ջերմային նեյ­տ­րոն­ներով ռեակտորներում, քանի որ այն արագ նեյտրոնների դանդաղեցման գլխավոր մե­խա­նիզմն է: Ծանր միջուկների վրա ոչ առաձգական ցրումը խիստ կարևոր է արագ նեյտ­րոն­ներով ռեակտորներում, քանի որ այն նեյտրոնների՝ ²³⁸U-ի բաժանման շեմից ցածր էներգիաների տեղափոխման գլխավոր մեխանիզմն է:

Միջուկային էներգետիկայում մեկ միջուկին բաժին ընկնող լայնական (արդյու­նավետ կամ միկրոսկոպիկ) կտրվածքի` σ մեծության փոխարեն հաճախ օգտագործվում է այլ մե­ծու­թյուն.

որտեղ N-ը միջուկների թիվն է, սմ  ³:    մեծությունը ներկայացնում է նյութի 1 սմ  ³ -ում բոլոր միջուկների գումարային լայնական կտրվածքը: Այս մեծությունը կոչվում է մակ­րոս­կո­պիկ լայնական կտրվածք և ունի չափողականություն՝ սմ  ^-1:

Ընդունված է միջուկային ռեակցիաները գրել հավասարումների տեսքով, ինչպես քի­միայում: Ձախ կողմում գրվում են ռեակցիայի մեջ մտնող մասնիկները, աջում` ռեակցիայի արգասիքները: Օրինակ` ջրածնի՝ նեյտրոնով ռմբակոծման ռեակցիան, երբ մի­ջուկի պրո­տոնը զավթում է նեյտրոնը, և առաջանում է դեյտրիում՝  արձակմամբ, գրվում է այսպես.

Միջուկային ռեակցիաներն ընթանում են երկու փուլով: Առաջին փուլը սկսվում է միջուկ-թիրախի (մասնիկի) և նեյտրոնի անմիջապես բախումից հետո, երբ առաջանում է, այսպես կոչված, միջանկյալ նոր՝ բաղադրյալ միջուկ, որը գտնվում է գրգռված վիճակում և օժտված է ավելցուկային էներգիայով: Գրգռված վիճակում միջուկը գոյատևում է շատ կարճ ժամանակահատված՝    և տեղի է ունենում նուկլոնների միջև ավելցուկային էներգիայի վերաբաշխում: Այնուհետև սկսվում է երկրորդ՝ ավելի երկար փուլը: Գրգռված վիճակում, նուկլոնների բախման հետևանքով, մեկ կամ մի քանի նուկլոն ձեռք են բերում այնքան էներգիա, որ բավականացնում է նրանց` միջուկից արձակվելու համար: Կամ, հնարավոր է, որ գրգռված միջուկը, արձակելով    վերադառնա կայուն վիճակի: Եվ վերջապես, հնարավոր է, որ գրգռված միջուկն այնքան անկայուն լինի, որ բաժանվի երկու և ավելի թեթև տարրերի միջուկների: Այսինքն՝ տեղի ունենա բաժանման ռեակցիա:

Այսպիսով, գրգռման էներգիան շատ կարևոր է միջուկային ռեակցիայի պրոցեսում, և նրա չափաքանակով է պայմանավորված նաև միջուկի բաժանումը:

Միջուկային ռեակցիաներում գործում են էներգիայի և իմպուլսի պահպանման օրենք­ները: Այդ օրենքներից ելնելով՝ կարելի է ստանալ միջանկյալ միջուկի գրգռման էներգիան՝    Օրինակ` վերը նշված միջուկային ռեակցիայի համար E*-ն արտահայտ­վում է հե­տևյալ բանաձևով [1].

որտեղ A-ն և m-ը միջուկի և ռմբակոծող նեյտրոնի դադարի զանգվածներն են,  նեյտրոնի կինետիկ էներգիան մինչև բախում –ն՝ նեյտրոնի արագությունը,-ն՝ նեյտ­րոնի կապի էներգիան միջանկյալ միջուկում:

Բանաձևից երևում է, որ միջուկում գրգռման էներգիան հավասար է բաղադրյալ միջուկում նեյտրոնի կապի էներգիայի և նեյտրոնի կինետիկ էներգիայի գումարի մի մա­սին՝ որը փոխանցվել է բաղադրյալ միջուկի դադարի էներգիային: Այսինքն` գրգռման էներգիայի մեջ մտնում է նեյտրոնի ոչ թե լրիվ կինետիկ էներգիան, այլ նրա մի մասը (հիմնական մասը): Մնացած մասը՝   փոխանցվում է բաղադրյալ միջուկի կի­նե­տիկ էներգիային և չի ազդում միջուկային ռեակցիայի վրա: Եթե m<<A, ապա՝

 Այսինքն՝ ելակետային նեյտրոնի միևնույն էներգիայի դեպքում որքան մեծ լինի բաղադրյալ միջուկում նեյտրոնի կապի էներգիան, այնքան ավելի մեծ կլինի բաղադրյալ միջուկի գրգռման էներգիան: Քանի որ կապի էներգիան առավելագույն արժեքին է հաս­նում զույգ-զույգ միջուկների պարագայում, ուստի կենտ զանգվածային թիվ ունեցող մի­ջուկները (²³⁵U, ²³⁹Pu) բաժանվում են ելակետային նեյտրոնի ցանկացած, այդ թվում՝ նաև ջերմային էներգիայի դեպքում: Մինչդեռ զույգ զանգվածային թիվ ունեցող միջուկները (²³⁸U, ²³²Th), որոնց հետ նեյտրոնի փոխազդեցության արդյունքում առաջանում է կենտ-զույգ բաղադրյալ միջուկ, ունեն բաժանման շեմ, քանի որ այս դեպքում նեյտրոնի կապի էներգիան ունի նվազագույն արժեք:

>>

 

 

1.7.    ՆԵՅՏՐՈՆՆԵՐԻ ԴԱՆԴԱՂԵՑՈՒՄԸ ԵՎ ԴԻՖՈՒԶԻԱՆ

Միջուկային ֆիզիկայում նեյտրոնների դանդաղեցման պրոցեսի ուսումնա­սիրու­թյունն ունի կարևոր նշանակություն: Բանն այն է, որ միջուկի բաժանման ռեակցիայի ժամանակ, որը տեղի է ունենում միջուկային ռեակտորներում, ջերմային նեյտրոնները, որոնք ունեն  էներգիա (արագությունը՝  ավելի մեծ հավանա­կա­նու­­թյամբ են առաջացնում միջուկի բաժանում, քան արագ նեյտրոնները, որոնք ունեն     էներգիա:

Միջուկի բաժանման ժամանակ ի սկզբանե առաջանում են արագ նեյտրոններ՝ 2ՄԷՎ միջին էներգիայով, և դրանց դանդաղեցման համար կիրառվում են հատուկ նյութեր` դանդաղարարներ (ջուր, գրաֆիտ և այլն): Արագ նեյտրոնների բախումը տարբեր նյութերի միջուկների հետ ընթանում է հիմնականում դանդաղեցման պրոցեսով: Նեյտրոնները, բախ­վելով դանդաղարարի միջուկներին, առաձգականորեն ցրվում և կորցնում են իրենց էներգիայի մի մասը: Բազմաթիվ բախումներից հետո նեյտրոններն աստիճանաբար կորցնում են իրենց էներգիան և դառնում ջերմային նեյտրոններ, որոնք ավելի մեծ հա­վա­նականությամբ են կլանվում միջուկից, քանի որ կլանման կտրվածքը հակադարձ համե­մա­տական է ջերմային նեյտրոնների արագությանը:

Նեյտրոնների դանդաղեցումը շարունակվում է այնքան ժամանակ, մինչև որ առա­ջա­նա ջերմային հավասարակշռություն նրանց և դանդաղարարի ատոմների միջև: Այսինքն՝ ջերմային նեյտրոնների կինետիկ էներգիան համաչափելի է միջավայրի (դան­դա­ղարարի) ատոմների ջերմային էներգիային:

Գոյություն ունի երկու տիպի դանդաղեցում` ոչ առաձգական և առաձգական: Գրա­կա­նության մեջ դրանք անվանվում են ոչ առաձգական և առաձգական ցրում:

Ոչ առաձգական ցրման դեպքում միջուկ-թիրախը կլանում է իրեն հարվածող նեյտ­րոնը: Ընդ որում, այս դեպքում առաջացած բաղադրյալ միջուկի գրգռման էներգիան գե­րա­զանցում է նրանում նեյտրոնի կապի էներգիային, ուստի բաղադրյալ միջուկից արձակվում է նեյտրոն: Ոչ առաձգական ցրումը տեղի է ունենում հիմնականում արագ նեյտրոնների տիրույթում:

Ջերմային նեյտրոններով ռեակտորներում առավել կարևոր է առաձգական դանդա­ղե­ցումը, քանզի այդ ժամանակ ստացվում են փոքր էներգիայով նեյտրոններ, որոնք ունեն ծանր միջուկների բաժանման ավելի մեծ կտրվածք: Առաձգական դանդաղեցման դեպքում հարվածող և դուրս թռչող նեյտրոնների կինետիկ էներգիաների գումարը մնում է հաս­տա­տուն, այսինքն՝ միջուկ-նեյտրոն համակարգի գումարային էներգիան չի փոխվում: Տեղի է ունենում միայն կինետիկ էներգիայի վերաբաշխում մասնիկների միջև: Այդպիսի պրոցեսի ցայտուն նմանակն են բիլիարդի գնդիկների բախումները:

Առաձգական ցրման դեպքում նեյտրոնների էներգիայի կորուստը հաշվելու համար օգտվում են կինետիկ էներգիայի և իմպուլսի պահպանման օրենքներից   Եթե տեղի է ու­նե­նում նեյտրոնի և միջուկի ճակատային բախում, ապա նեյտրոնի կինետիկ էներգիաների (բախումից հետո՝ E և առաջ՝ Eo) հարաբերությունը մաթեմատիկորեն արտահայտվում է հետևյալ տեսքով

          որտեղ A-ն և m-ը համապատասխանաբար միջուկի և նեյտրոնի զանգվածներն են (տե՛ս էջ18):

(1.7) բանաձևից հետևում է, որ որքան մոտ են A-ի և m-ի արժեքները, այնքան դանդա­ղեցումն ավելի արդյունավետ է կատարվում: Այսինքն՝ որքան միջավայրի ատոմները, որոնցում տեղի է ունենում դանդաղեցումը, թեթև են, այնքան դանդաղեցման պրոցեսն ավելի արդյունավետ է: Օրինակ` ջրածնի ատոմի ճակատային բախման ժամանակ (A= m) նեյտրոնն ամբողջապես կորցնում է իր կինետիկ էներգիան բախման մեկ ակտից հետո: Ուստի ջրածինը նեյտրոնների ամենալավ դանդաղարարներից մեկն է:

Ճակատային հարվածի մասնավոր դեպքերից մեկը բախումն է անկյան տակ: Գրա­կա­նու­թյան մեջ առկա են բանաձևեր, որոնք թույլ են տալիս հաշվել այն բախումների այն թիվը, որից հետո արագ նեյտրոնը դառնում է ջերմային: Օրինակ, որպեսզի ջրածնի՝ 1,75 ՄԷՎ էներգիա ունեցող նեյտրոնը դանդաղի և դառնա 0,025 ՄԷՎ էներգիայով նեյտրոն, անհրա­ժեշտ է 18 բախում: Ածխածնի  բախումների թիվը կազմում է 114 (այս դեպ­քում բախումները միշտ չէ, որ ճակատային են):

Բախումների թվից բացի, կարևոր բնութագիր է, այսպես կոչված, «դանդաղեցման եր­կա­րությունը», որը ներկայացնում է այն միջին երկարությունը, որն անցնելով նեյտրոնը դան­­դաղում է: Իմանալով դանդաղեցման երկարությունը՝ կարելի է ընտրել դանդա­ղա­րա­րի շերտի հաստությունը: Օրինակ` սովորական ջրի դեպքում, եթե նեյտրոնի սկզբնական է­ներգիան    ապա դանդաղեցման երկարությունը հավասար է 3,8 սմ, իսկ 0,1 ՄԷՎ-ի դեպքում՝ 2,4 սմ: Ջրածնի դեպքում, եթե
   ապա դանդաղեցման երկարու­թյունը հավասար է   

Նեյտրոնների դիֆուզիան: Երբ դանդաղեցման պրոցեսում նեյտրոնները դառնում են ջերմային, դադարում է դրանց էներգիայի հետագա փոքրացումը, և դրանք շարունակում են շարժվել դանդաղարարում՝ պահպանելով միջին ջերմային էներգիան: Այդ պրոցեսը կոչվում է դիֆուզիա, որը տևում է այնքան ժամանակ, քանի դեռ նեյտրոնը չի կլանվել միջավայրում կամ դուրս եկել նրա սահմաններից: Դիֆուզիայի երկարությունը հաշվում են ջերմային նեյտրոնների ստացման պահից մինչև նրա կլանվելը:

Ռեակտորի աշխատանքի ռեժիմի վրա շատ մեծ ազդեցություն ունի ռեակտորում նեյտ­րոնի կյանքի միջին տևողությունը՝ L-ը, որը նրա առաջանալուց մինչև կլանվելն ան­ցած միջին ժամանակահատվածն է: Այդ ժամանակը հավասար է նեյտրոնի դանդաղեցման երկարության և դիֆուզիայի երկարության ժամանակահատվածների գումարին՝ t_դիֆ.

Ջերմային ռեակտորներում    հետևա­բար՝

Նկ. 1.8-ում ներկայացված է արագ նեյտրոնների դանդաղեցման սխեման (պրոցեսը) սովորական ջրում: Ցույց են տրված միջուկի բաժանումը երկու բեկորների, արագ նեյտ­րոն­ների առաջացումը, դրանց դանդաղեցման պրոցեսը ջրում: Նեյտրոնի հետագծի (սև գիծը) հաստության փոքրացումը համապատասխանում է նեյտրոնի էներգիայի նվազմանը: Դանդաղումն ընթանում է նեյտրոնի՝ ջրի ատոմների հետ բախվելու հետևանքով:

 

Նեյտրոնների ազդեցությամբ ուրանի միջուկների հարկադրական բաժանումը հայտ­նա­բերվել է 1939թ. գերմանացի գիտնականներ Հանի և Շտրասմանի կողմից: Փորձնա­կա­նորեն հաստատվել է, որ բաժանման ժամանակ արձակվում են նեյտրոններ, ինչը կարևոր հանգամանք է շղթայական ռեակցիաներ իրականացնելիս: Արձակված նախնական նեյտ­րոն­ները, միջուկների բաժանում առաջացնելով, ծնում են ավելի մեծ քանակով նեյտ­րոններ, որոնք էլ իրենց հերթին առաջացնում են նոր բաժանումներ, և այսպես շարունակ:

Հաստատված է, որ բաժանման պրոցեսը հիմնականում պայմանավորված է  իզո­տոպով, և այդ պրոցեսի հավանականությունն աճում է բախվող նեյտրոնի էներգիայի փոք­րացմանը զուգընթաց:- ի միջուկի բաժանման յուրաքանչյուր գործողության ժա­մա­նակ առաջանում են բաժանման արգասիք միջուկներ, որոնք կոչվում են բաժանման բե­կորներ: Բաժանման ժամանակ արձակվում են նաև 2 կամ 3 նեյտրոններ (միջին հաշվով՝ 2,5±0,1 նեյտրոն), որոնք ունենում են    էներգիա (արագ նեյտրոններ), և անջատվում է     էներգիա:

Արձակված արագ նեյտրոնների էներգիան այնքան մեծ է, որ բավականացնում է ուրանի իզոտոպները՝ , , , ինչպես նաև ²³²Th և ²³⁹Pu միջուկները բաժանելու համար: Բայց, ինչպես արդեն վերը նշվել է, եթե նեյտրոնները դանդաղեցվեն մինչև    (ջերմային նեյտրոններ), ապա դրանք ավելի մեծ հավանականությամբ կբա­ժա­նեն միջուկները (, , ²³⁹Pu), որոնք հաճախ անվանվում են միջուկային վառելիք: Միևնույն ժամանակ, պարզվել է, որ ջերմային նեյտրոններն ունակ չեն բաժանելու -ի միջուկները: Այդ երևույթը բացատրվում է նրանով, որ բաժանման համար անհրաժեշտ է, որ նեյտրոն կլանելուց հետո միջուկի կապի էներգիան մեծ լինի նրա բաժանման համար անհրաժեշտ էներգիայից (բաժանման շեմի էներգիայից): Եթե  -ի միջուկը կլանում է ջերմային նեյտրոն, ապա միջանկյալ (բաղադրյալ) միջուկը՝ -ը, ստանում է 6,81ՄԷՎ կապի էներգիա: -ի միջուկը, նեյտրոն կլանելուց հետո (), ձեռք է բերում ընդամենը 5,37 ՄԷՎ կապի էներգիա: և -ի բաժանման համար անհրաժեշտ էներգիաները համապատասխանաբար հավասար են 5,2 և 5,9 ՄԷՎ: Համեմատելով այս մեծությունները, տեսնում ենք, որ -ը, նեյտրոն կլանելով, ստանում է ավելի մեծ էներգիա, քան անհ­­րա­ժեշտ է նրան՝ բաժանվելու համար   հետևաբար՝ այն բաժանվում է: Իսկ -ը, ջերմային նեյտրոն կլանելուց հետո, չի կարող բաժանվել, քանի որ միջուկը բավա­րար քանակությամբ էներգիա չի ստանում   ընդ որում,  -ը բաժանվում է ցածր կինետիկ էներգիա ունեցող ցանկացած նեյտրոններով, իսկ -ի բաժանման հա­մար անհրաժեշտ են 1 ՄԷՎ-ից մեծ էներգիա ունեցող արագ նեյտրոններ, երբ միջուկը ձեռք է բերում 6,37 ՄԷՎ  էներգիա:

 և -ի վարքերի այս տարբերություններն ունեն բավականաչափ պարզ բա­ցատ­րություն: Բանն այն է, որ գործ ունենք այնպիսի միջուկների հետ, որոնք գտնվում են կա­յունության սահմանագծին, և բավական է էներգիայի մի փոքր փոփոխություն, որ դրանք դառնան կայուն կամ անկայուն: Ջերմային նեյտրոններն ունակ չեն բաժանելու -ը, քանի որ այն ավելի կայուն է, քան -ը, ունի 3 հատ ավելի նեյտրոն, քան -ը, և հետևաբար՝ միջուկային ուժերն ավելի մեծ են էլեկտրական վանող ուժերից: -ի բա­ժա­նումը ջերմային նեյտրոններով տեղի է ունենում բավականին մեծ հավանա­կա­նու­թյամբ` 7 դեպքից 6-ը: Հատկանշական է, որ բնական ուրանը (²³⁸U) պարունակում է ըն­դա­մենը 0,71% , իսկ  և -ը ստացվում են արհեստական եղանակով միջուկային ռեակտորների աշխատանքի ընթացքում:

Վերը շարադրվածից, բնականաբար, հարց կարող է առաջանալ՝ ինչու բոլոր ռեակ­տոր­ները չեն նախագծվում այնպես, որ աշխատեն արագ նեյտրոններով և բնական ուրա­նով (), եթե -ը բնական ուրանի մեջ կազմում է ընդամենը 0,7%-ը: Խնդիրն այն է, որ արագ նեյտրոններով ուրանի բաժանման արդյունավետ կտրվածքը մի քանի հարյուր անգամ փոքր է, քան ջերմային նեյտրոններինը, և անհնար է բնական ուրանում արագ նեյտ­րոններով շղթայական ռեակցիայի պահպանումը: Բացի այդ, ուրան 238-ում արագ նեյտ­րոնների ոչ առաձգական ցրման հետևանքով դրանց էներգիան դառնում է ավելի փոքր, քան ուրան 238-ի բաժանման շեմը    Բնական ուրանում շղթայական ռեակ­ցիան հնարավոր է միայն այն դեպքում, երբ բաժանումն իրականացվում է հիմնականում դանդաղ նեյտրոններով: Արագ նեյտրոններով ռեակտորներում բացակայում է դանդա­ղա­րարը, ուստի նրանցում միջուկային վառելիքը պետք է լինի խիստ հարստացված -ով   այսինքն՝ մեկ կարգ բարձր, քան ջերմային նեյտրոններով ռեակտորներում: Այստեղից` արագ նեյտրոններով ռեակտորները շատ ավելի թանկ են, քան դանդաղ նեյտ­րոններով ռեակտորները: Արագ նեյտրոններով ռեակտորներում որպես ջերմատար օգտա­գործում են հեղուկ նատրիումը, որը բարդացնում է ռեակտորի շահագործումը: Ընդհան­րապես, արագ նեյտրոններով ռեակտորների տեխնոլոգիական պրոցեսները և շահա­գոր­ծումն ավելի բարդ են և պահանջում են մեծ ծախսեր: Ներկայումս դրանց արժեքը ան­գամ գերազանցում է ջերմային ռեակտորների արժեքը, և բնական է, որ դրանց զար­գա­ցումը հետ է մնում ջերմային նեյտրոններով ռեակտորներից:

>>

 

 

1.8.   ԲԱԺԱՆՄԱՆ ԲԵԿՈՐՆԵՐ

Միջուկի բաժանման ժամանակ առաջացած 200 ՄԷՎ էներգիայի գերակշիռ մասը հան­դես է գալիս բաժանման բեկորների կինետիկ էներգիայի տեսքով: Բեկորները միջա­վայ­րում հսկայական արագությամբ թռչում են տարբեր ուղղություններով, բախ­վում են միջավայրի ատոմներին և շիկացնում միջուկային վառելիքը: Այսինքն՝ կինե­տիկ է­ներ­գիան վերափոխվում է միջավայրի ջերմային էներգիայի: Այդ էներգիայի օգտա­գոր­ծումն էլ հենց միջուկային էներգետիկայի հիմնական նպատակն է: Տրոհման էներ­գիայի մնացած մասն օգտագործվում է նեյտրոններին էներգիա հաղորդելու և բեկոր­ները գրգռե­լու համար:

Տրոհման էներգիան մոտավորապես բաշխվում է հետևյալ չափաբաժիններով.

1.             տրոհման բեկորների կինետիկ էներգիան ՝ 166 ՄԷՎ,

2.             ակնթարթային    էներգիան՝ 6 ՄԷՎ,

3.             նեյտրոնների կինետիկ էներգիան՝ 6 ՄԷՎ,

4.             մասնիկների էներգիան (բաժանման բեկորներից)՝ 5 ՄԷՎ,

5.              էներգիան (տրոհման բեկորներից)՝ 5 ՄԷՎ,

6.             նեյտրինոյի էներգիան (տրոհման բեկորներից)՝ 12 ՄԷՎ:

Ընդամենը՝ Q=200 ՄԷՎ:

Միջուկի տրոհման փորձնական տվյալները ցույց են տվել, որ սովորաբար միջուկը տրոհվում է երկու անհամաչափ բեկորների, որոնց զանգվածների հարաբերությունը կազմում     Նկ. 1.9-ում բերված է -ի՝ բեկորների տրոհման կախվածությունը A զանգվածային թվից:

Կորից երևում է, որ բաժանման բեկորների (արգասիքների) զանգվածային թվերն ըն­կած են    մինչև A=162-ը միջակայքում: Ամենահավանական բաժանման բեկորներն են A₁=139 և A₂=95 մաքսիմումներին համապատասխանող զանգվածային թվերով միջուկ­ները: Այսինքն՝ միջուկը հավասար չի կիսվում, այլ բաժանվում է անհավասար զանգ­ված­ներով երկու բեկորների, օրինակ, թեթև զանգվածով բեկորների՝ ստրոնցիումի ⁹⁰Sr, կրիպ­տոնի ⁸⁵Kr, ցիրկոնիումի ⁹³Zr, և ծանր զանգվածով բեկորների` ցեզիումի ¹³⁷Cs, ցերիու­մի ¹⁴⁴Ce, ¹³¹Y և այլն: Կորից երևում է նաև, որ անհամաչափ բաժանման հավանականությունը (կորի առավելագույն արժեքները) կազմում է 100 բաժանումից մոտավորապես    Հավասար զանգվածներ ունեցող բեկորների բաժանման հավանականությունը շատ փոքր է՝    (կորի նվազագույն արժեքները):

Ջերմային նեյտրոններով բաժանման ռեակցիաների ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ գոյություն ունեն -ի բաժանման ավելի քան 30 տարբեր եղանակներ, որոն­ցից է, օրինակ, -ի բաժանումը լանթանի ¹⁴⁷La, բրոմի ⁸⁷Br և արձակված երկու նեյտրոն­ների.

Արձակված 2 նեյտրոնները կոչվում են արագ («ակնթարթային») նեյտրոններ: Բա­ժան­ման որոշ՝ շատ փոքր քանակությամբ բեկորներից  տրոհման արդյունքում ևս ար­ձակ­վում են նեյտրոններ, որոնք կոչվում են դանդաղող նեյտրոններ: Այս նեյտրոնների նշանակությանը կանդրադառնանք հաջորդ բաժիններում:

Միջուկների կազմի վերլուծությունը ցույց է տվել նաև, որ կախված տարրերի զանգ­վա­ծի թվից (A)՝ միջուկում գոյություն ունի պրոտոնների և նեյտրոնների որոշակի հարա­բե­րակ­ցություն: Թեթև և միջին կայուն միջուկներում պրոտոնների և նեյտրոնների քանակ­ները մոտավորապես հավասար են, իսկ A-ի աճմանը զուգահեռ նեյտրոնների քանակը սկսում է փոքր-ինչ գերակշռել: Նկ. 1.10-ում բերված է ատոմի միջուկի նեյտրոնների թվի և պրոտոնների թվի կախվածությունը:

Կետերով նշված են կայուն միջուկները, որոնք բնութագրվում են նեյտրոնների (A - Z) և պրոտոնների (Z) քանակներով: Դիտարկումից երևում է, որ կայուն միջուկները գո­յություն ունեն միայն (A- Z) և (Z) հարթության նեղ շերտում: Այդ շերտը նախ կազմում է 45^o (պրոտոնների թիվը հավասար է նեյտրոնների թվին (A - Z= Z), ապա այն աստի­ճա­նաբար թեքվում է նեյտրոններով ավելի հարստացված միջուկների կողմը, և արդեն՝   

Z= 90-ի դեպքում՝

Ուրանի՝  բաժանումից ստացվում են միջին զանգվածային թիվ ունեցող բեկոր­ներ, որոնց նեյտրոնների և պրոտոնների հարաբերությունը 1,5-ից փոքր է: Այսինքն՝ նեյտ­րոն­նե­րի քանակը գերազանցում է պրոտոնների քանակը, և հետևապես՝ բաժանման բե­կոր­ները կգտնվեն անկայուն վիճակում ( ակտիվ են) և կաշխատեն ազատվել մի քանի նեյտրոն­նե­րից: Դրանք սկսում են հաջորդաբար արձակել  մասնիկներ և դառնում են կա­յուն իզոտոպ: Յուրաքանչյուր բեկոր միջին հաշվով ենթարկվում է 3-4 տրոհման: Որպես օրինակ ստորև բերված է -ի բաժանման բեկորի` թեյլուրի  աստիճանաբար ռա­դիո­ակտիվ տրոհման շղթան մինչև կայուն իզոտոպ դառնալը.

Յուրաքանչյուր իզոտոպի կիսատրոհման ժամանակը նշված է հայտարարում: Յու­րա­քանչ­յուր ռադիոակտիվ միջուկ  մասնիկների հետ արձակում է նաև  քվանտներ:

Քանի որ բաժանման բեկորներն ունեն նեյտրոնների ավելցուկ, ապա դրանք երբեմն ար­ձակում են դանդաղ նեյտրոններ: Այն դեպքերում, երբ մի ինչ-որ  տրոհումից հետո բե­կորի գրգռման էներգիան մեծ է լինում նեյտրոնի կապի էներգիայից, ապա բեկորը կարող է արձակել դանդաղ նեյտրոն: Նկատենք նաև, որ յուրաքանչյուր հաջորդ արգասիքի կիսա­տրոհ­ման պարբերությունը նախորդից ավելի մեծ է: Արգասիքների ռադիոակտի­վու­թյու­նից պաշտպանվելու համար ռեակտորներում նախատեսվում է կենսաբանական հուսալի պաշտպանություն:

Բաժանման մեխանիզմը պարզելու համար գրականության մեջ քննարկվում են մի քանի նույնատիպ մոդելներ, որոնցից ավելի տարածվածը հեղուկի «կաթիլային» մոդելն է: Դիտարկենք այդ մոդելի շրջանակներում բաժանման պրոցեսը: Նկ. 1.11-ում ներկայացված են  միջուկի բաժանման փուլերը՝ միջուկից նեյտրոնի կլանման պահից սկսած:

 

Նեյտրոնը մոտենում է միջուկին, և միջուկը կլանում է այն (A վիճակ): Առաջանում է  միջուկը, որը գրգռված վիճակում ձևափոխվում է՝ ստանալով էլիպսի տեսք (B վիճակ): Այնուհետև  միջուկը B վիճակից շարունակում է տատանվել, ինչպես հեղուկի կաթիլը, ձևափոխվում է և ընդունում մարզագնդերի ձև (C վիճակ): Եվ, վերջապես, բաժանվում է երկու բեկորների` ծանր և թեթև, արձակելով երկու-երեք նեյտրոն (D վիճակ): B վիճակում միջուկի տատանման պատճառը, երբ այն գնդաձևից դառնում է էլիպսաձև, միջուկ ներ­մուծ­ված գրգռման էներգիան է: Եթե այդ էներգիան բավարար չէ, որպեսզի միջուկում առաջացնի B վիճակին հաջորդող (ձևափոխման) փուլը՝ C, ապա մակերևութային լարման ուժերը, որոնք նման են միջուկային ուժերին, կստիպեն միջուկին վերադառնալ իր սկզբնա­կան՝ գնդային վիճակին, իսկ էներգիայի ավելցուկը բաղադրյալ միջուկից դուրս կգա՝   քվանտ կամ որևէ այլ մասնիկ արձակելով: Եթե գրգռման էներգիան բավա­կա­նա­չափ մեծ լինի, ապա միջուկը B վիճակից կշարունակի ձևափոխվել և կընդունի մարզա­գնդե­րի ձև (C վիճակ), և նախկին ձևի վերականգնումը քիչ հավանական կլինի: Սա տեղի կունենա, քանի որ երկու բեկորների միջև էլեկտրական վանողական ուժերը կարող են հաղ­թահարել բարակ վզիկի շրջանում գործող միջուկային ուժերի մնացորդային մասը: Այս­տեղից՝ բաժանման համար անհրաժեշտ կրիտիկական էներգիան այն նվազագույն էներ­­գիան է, որն անհրաժեշտ է սկզբնական վիճակում միջուկին հաղորդելու համար՝ մինչև նրա՝ C վիճակը ձևափոխվելը: Դրանից հետո անխուսափելիորեն տեղի կունենա բա­ժա­նումը:

Կրիտիկական էներգիայի ազդեցությունը բաժանման վրա կախված է միջուկի զանգ­վա­ծային թվից (A): 210-ից փոքր զանգվածային թվով միջուկների դեպքում այդ էներգիան այնքան մեծ է, որ բաժանումը կարող է տեղի ունենալ 50 ՄԷՎ-ից մեծ էներգիայով նեյտ­րոն­ներով ռմբակոծելիս: զանգվածային թվի դեպքում կրիտիկական էներգիան 6 ՄԷՎ-ից փոքր է, այնպես որ նեյտրոններով բաժանումը դառնում է նկատելի:

A-ի  լինելու դեպքում միջուկների բաժանման համար պահանջվում է կրիտի­կական փոքր (0-ին մոտ) էներգիա: Այդպիսի միջուկները ծայրաստիճան անկայուն են: Կրիտի­կա­կան էներգիայի փոքրացումը, A-ի մեծացմանը զուգընթաց, պայմանավորված է նրանով, որ պրոտոնների միջև վանողական կուլոնյան էներգիան արագ մեծանում է:

>>

 

 

1.9.    ՇՂԹԱՅԱԿԱՆ ՌԵԱԿՑԻԱ: ՄԻՋՈՒԿԱՅԻՆ ՌԵԱԿՏՈՐ

Ինչպես արդեն նշվել, է միջուկի բաժանման հետևանքով անջատվում է մեծ քանակով էներգիա: Այդ էներգիայի գործնական օգտագործմանը կարելի է հասնել այն դեպքում, երբ միջուկի բաժանման պրոցեսը լինի ինքնապահպանվող:

Դրա համար անհրաժեշտ է, առաջին՝ բաժանման պրոցեսում արձակվեն մեկից ավելի նեյտրոններ, երկրորդ` այդ նեյտրոնների էներգիայի գումարը մեծ լինի միջուկի բաժան­ման համար անհրաժեշտ էներգիայից, երրորդ` միջուկի բաժանման նեյտրոնային կտրված­քը գերակշռող լինի նեյտրոնների մասնակցությամբ ընթացող այլ պրոցեսների կտրվածք­ների նկատմամբ: Նկ. 1.12-ում ցույց է տրված շղթայական ռեակցիայի սկզբուն­քային սխեման:

Միջուկի մեկ բաժանումից (I սերունդ) առաջանում են 2 ազատ նեյտրոններ (իրա­կա­նում 2-3 նեյտրոն): Հաջորդ սերունդներում դրանց թիվը կավելանա՝ դառնալով 4, 8, 16, 32, 64 և այլն:

Եթե ուրանի միջուկների քանակը բավականին շատ է, և ոչ մի նեյտրոն չի կորչում կամ չի կլանվում այլ ատոմներից, ապա միջուկների բաժանման պրոցեսը տարափաձև ուժգնանում է, և անջատվում է հսկայական քանակով էներգիա:

Շղթայական ռեակցիայի ինքնապահպանման պայմանը գնահատելու համար նե­րածվում է նեյտրոնների բազմացման K գործակից հասկացությունը.

 

Հաստատուն ինտենսիվությամբ ինքնապահպանվող շղթայական ռեակցիա իրակա­նաց­նելու համար անհրաժեշտ է, որ K=1: Ռեժիմը, որի դեպքում իրականանում է այս պայ­մանը, կոչվում է կրիտիկական: Ռեժիմը, երբ K<1, կոչվում է ենթակրիտիկական (այդ դեպ­քում շղթայական ռեակցիան մարում է): Պայմանը, երբ K>1, կոչվում է վեր­կրի­տի­կական պրոցես (այդ դեպքում տեղի է ունենում շղթայական ռեակցիայի ինտենսիվության աճ):

Ինչպես արդեն նշվել է, -ի մեկ բաժանման դեպքում գոյանում են միջին հաշվով 2,5 նեյտրոններ՝ 2 ՄԷՎ միջին էներգիայով: Հետագայում, եթե դրանցից գոնե մեկը կա­րո­ղանա առաջացնել բաժանում, ապա պրոցեսը կլինի ինքնապահպանվող: Բացի զավթման դեպ­քերից, որոնք հանգեցնում են միջուկի բաժանմանը, համակարգում նեյտրոնները կոր­չում են նաև բաժանմամբ չուղեկցվող զավթման (ուրանից կամ կառուցվածքային այլ նյու­թե­րից) պրոցեսի և համակարգի սահմաններից նեյտրոնների արտահոսքի հաշվին: Ինք­նա­պահ­պան­վող շղթայական ռեակցիան կիրականանա, եթե մրցակցող այդ պրոցեսների միջև հաստատվի հավասարակշռություն:

Տեղակայանքը, որտեղ իրականացվում է կառավարելի շղթայական ռեակցիան, կոչ­վում է միջուկային ռեակտոր կամ պարզապես ռեակտոր: Ռեակտորում անջատված միջու­կա­յին էներգիան փոխակերպվում է ջերմայինի: Առաջին միջուկային ռեակտորը գործարկ­վել է 1942թ. ԱՄՆ-ում Էնրիկո Ֆերմիի ղեկավարությամբ: Նկ. 1.13-ում բերված է ջերմային նեյտրոններով աշխատող ռեակտորի սխեման:

Ռեակտորի հիմնական մասը ակտիվ գոտին է, որտեղ տեղավորվում է միջուկային վա­ռելանյութը` ջերմանջատիչ տարրերի (ТВЭЛ) տեսքով , որոնք վառելանյութի միջա­ձո­ղեր են՝ ծածկված հերմետիկ պատյանով: Ակտիվ գոտում ջերմանջատիչ տարրերից անջատվող ջերմու­թյունը հեռացվում է ջերմակրով, որն անմիջապես ողողում է ջերմանջատիչ տարրերը: Ակտիվ գոտու մեջ է նաև դանդաղարարը, որը նախատեսված է բաժանման նեյտրոնների դանդաղեցման և նեյտ­րոններին անհրաժեշտ էներգետիկ սպեկտր ձևավորելու համար: Նեյտրոնների ար­տա­­հոսքից խուսափելու համար ակտիվ գոտին բոլոր կողմերից շրջապատված է անդրա­դարձիչով: ՋՋԷՌ տիպի ջրային ռեակտորներում օգտագործվում է սովորական ջուր՝ որ­պես ջերմակիր, դանդաղարար և անդրադարձիչ: Նեյտրոնների, ինչպես նաև ճառա­գայթ­ման հոսքը թուլացնելու համար ռեակտորն ապահովվում է կենսաբանական պաշտ­պա­նու­թյամբ:

Ռեակտորի հզորությունը կարգավորելու համար նախատեսվում են շարժվող կար­գա­­վորող ձողեր, որոնցով փոխվում է բազմացման գործակիցը՝ k: Կարգավորող ձողերի հա­­մար օգտագործում են նեյտրոններն ուժեղ կլանող նյութեր: Լայն կիրառություն են ստա­­­ցել բոր պարունակող նյութերը (օրինակ` բորային պողպատը մինչև 3% բորի պարու­նա­­կու­թյամբ):

Այժմ, երբ որոշակի պատկերացում ունենք ռեակտորի մասին, քննարկենք նեյտրոն­ների հաշվեկշիռը ակտիվ գոտում:

Սկզբում հարմար է քննարկել անսահման մեծ չափերով համակարգ այնպես, որ նեյտ­­րոն­ների արտահոսքը նրա արտաքին մակերևույթից հնարավոր լինի անտեսել: Ըն­դու­նենք՝ վառելանյութը ներկայացնում է -ի և -ի իզոտոպների խառնուրդ:

Ակտիվ գոտում նեյտրոնների «ճակատագիրը» կարող է լինել տարբեր: Դրանք կարող են մասնակցել -ի բաժանմանը (դանդաղող և արագ նեյտրոններ), և -ի բաժան­մանը (արագ նեյտրոններ): Կարող են կլանվել դանդաղարարից, ջերմակրից, կոնստրուկ­տիվ նյութերից, վառելանյութից, ինչպես նաև վառելանյութի խառնուկներից, տրոհման արգասիք­ներից: Եվ, վերջապես, կարող են հեռանալ համակարգից (սա անտեսել ենք):

Բոլոր հիմնական պրոցեսները, որոնց մասնակցում են նեյտրոնները առաջացման պա­­հից մինչև կլանվելը, հաշվվում են բազմացման  գործակցի արժեքը որոշող չորս հա­մա­բազմապատկիչների բանաձևով.

որտեղ  բաժանման արագ նեյտրոնների միջին թիվն է, որոնք արձակվել են վառե­լա­նյու­թից ( և ) մեկ ջերմային նեյտրոնի զավթման հետևանքով: Այսինքն՝ ժա­մանակի որո­շակի պահին ակտիվ գոտում առաջացած արագ նեյտրոնների միջին քանակն է վառելանյութի՝ մեկ ջերմային նեյտրոն կլանելու հետևանքով: Եթե վառելանյութը կազմված է միայն  -ից, ապա  իսկ եթե բնական ուրանից՝ (0,7% պարունակող ), ապա  Այսինքն`  թվային արժեքը փոքրանում է  խառնուրդի մեջ պա­րու­նակվող -ի նվազմանը զուգընթաց: Վառելանյութը (ջերմանջատիչ տարր (ТВЭЛ)) կարող է պարունակել նաև այլ նյութեր (բաժանման արգասիքներ, ատոմներ և այլն, որոնց հետ ուրանը քիմիա­պես միացած է), որոնք կարող են կլանել նեյտրոններ և փոքրացնել  մեծությունը:

 արագ նեյտրոններով բազմացման գործակիցն է: Այն հաշվի է առնում նեյտրոն­նե­րի թվի աճը՝ արագ նեյտրոններով -ի լրացուցիչ բաժանման հաշվին: Այսինքն՝ ցույց է տալիս, թե քանի անգամ է մեծանում -ը բաժանող նեյտրոնների թիվը արագ նեյտ­րոն­ներով -ի լրացուցիչ բաժանման հաշվին: Քանի դեռ արագ նեյտրոնները էապես կդան­դաղեն, նրանց մի մասը կզավթվի -ով (հիմնականում-ով) և կառա­ջաց­նի բաժանում: Բաժանման յուրաքանչյուր գործողությունում միջին հաշվով ստացվում է մեկից ավելի նեյտրոն, ուստի կդիտվի արագ նեյտրոնների թվի մեծացում: Այդ էֆեկտը հաշվի է առնվում   գործակցով (օրինակ` բնական ուրանից վառելիքի դեպքում    իսկ հարստացված խառնուրդների դեպքում նվազում է մինչև 1՝ հարստացված աստիճանի մեծացմանը զուգընթաց):

 նեյտրոնների ռեզոնանսային զավթումից խուսափելու հավանականու­թյունն է: Նշենք, որ դանդաղեցման պրոցեսին մասնակցող ոչ բոլոր նեյտրոնների էներ­գիան է փոքրանում մինչև 0,025 ԷՎ: Այդ պրոցեսում,  էներգիայի տիրույթում, նեյտրոնները կարող են ռեզոնանսային կերպով զավթվել միջուկներից՝ առանց բաժանում առաջացնելու:  արժեքը կախված է ակտիվ գոտու տեսակից, այսինքն՝ այն հանգամանքից, թե նեյտրոնի դանդաղեցման պրոցեսն ընթանում է անմիջապես ուրանի մի­ջուկ­ներում (համասեռ խառնուրդ), թե մաքուր դանդաղարարում՝ վառելիքի ցան­ցերի միջև: Հետերոգեն միջավայրում դանդաղեցման դեպքում ռեզոնանսային կլանման հա­վա­նա­կանությունը զգալիորեն փոքրանում է: Այսպիսով,    դանդաղեցման ժամանակ վա­ռե­լանյութից զավթվելուց խուսափած բաժանման արագ նեյտրոնների թվի հա­րա­բե­րությունն է բոլոր արագ նեյտրոններին: Ակնհայտ է, որ   դեպքում և նախապես նկարա­գրված պրո­ցեսների արդյունքում սկզբնական արագ նեյտրոններով մեկ բաժանումից առա­ջանում են     քանակով ջերմային նեյտրոններ:

 ջերմային նեյտրոնների օգտագործման գործակիցն է: Դանդաղ նեյտրոնների ամբողջ քանակի միայն մի՝   մասն է կլանվում վառելանյութից: Մյուս մասը՝  կլանում են դանդաղարարը, կոնստրուկտիվ նյութերը կամ ակտիվ գոտում առկա այլ նյութերը (կառուցվածքային նյութեր, վնասակար խառնուրդներ և այլն): Այսպիսով,   վառելիքով կլանված ջերմային նեյտրոնների թվի հարաբերությունն է կլանված ջերմային նեյտրոն­ների լրիվ թվին:

Ռեակտորներում նեյտրոնային ցիկլում (մեկ սերնդում) գործընթացների հաջորդա­կա­նու­թյունը հետևյալն է.

1.             Վառելանյութում (ուրանում) կլանվող n հատ ջերմային նեյտրոնները ծնում են բաժանման արագ նեյտրոններ:

2.             Այդ արագ նեյտրոնների ոչ շատ մասը կրկին կարող է առաջացնել բաժանում, որը կհանգեցնի արագ նեյտրոնների թվի որոշակի մեծացմանը՝

3.             Արագ նեյտրոնների մի որոշ մասը դանդաղեցման ժամանակ անցնում է ռեզոնանսային զավթման տիրույթը, դրանց քանակը նվազում է, և առաջանում են ջերմային նեյտրոններ:

4.             Այդ ջերմային նեյտրոններից    մասն է կլանվում վառելանյութում (ուրանում):

Այսպիսով, հաջորդ սերնդի ջերմային նեյտրոնների ընդհանուր թիվը կլինի՝

Նախորդ սերնդում առկա էին թվով n հատ ջերմային նեյտրոններ, հետևաբար՝

ՋՋԷՌ տիպի ռեակտորի համար որպես թարմ վառելիքի բնական հարստացման օրի­նակ է`

Բնական ուրանով և գրաֆիտային դանդաղարարով ռեակտորի համար՝

Քանի որ արժեքը մի փոքր մեծ է մեկից, ապա շղթայական ռեակցիան վերջավոր ծավալում ակտիվ գոտում կարող է զարգանալ: Եթե հնարավոր չէ ապահովել ան­հրա­ժեշտ արժեքը ռեակտորի տվյալ կառուցվածքի դեպքում, ապա անհրաժեշտ է հարստացնել վառելանյութը -ի իզոտոպով՝ մեծացնելով  գործակիցների արժեքները:

Մինչ այժմ նեյտրոնների հնարավոր կորուստներն արտահոսքի պատճառով հաշվի չէինք առել: Որպեսզի գտնենք այն պայմանները, որոնց դեպքում տեղի կունենա կար­գա­վորվող շղթայական ռեակցիա վերջավոր չափերով իրական ռեակտորում, երբ K=1, պետք է հաշվի առնենք նեյտրոնների արտահոսքի ազդեցությունը, որը կախված է ակտիվ գոտու չափերից` նրա մակերևույթի և ծավալի հարաբերությունից: Որքան փոքր է այդ հարաբե­րու­թյունը, այնքան փոքր է նեյտրոնների արտահոսքը շրջակա միջավայր: Արտահոսքի կանխմանը մասամբ նպաստում է անդրադարձիչը, սակայն ոչ լրիվ, և ամեն դեպքում տեղի են ունենում կորուստներ: Նշանակենք P-ով այն հավանականությունը, երբ նեյտրոնների արտահոսք տեղի չի ունենա: Այդ դեպքում ռեակտորի բազմացման արդյունավետ գոր­ծա­կիցը՝ K-ն, կբնութագրի շղթայական ռեակցիայի պահպանման պայմանը՝

Ռեակտորի համար P-ն փոքր է մեկից, հետևաբար, որպեսզի պահպանվի շղթա­յա­կան միջուկային ռեակցիան, անհրաժեշտ է, որ  գործակիցը մեծ լինի մեկից: P-ն կախ­ված է ռեակտորի չափերից և կարող է գտնվել կրիտիկական վիճակում (K=1) միայն որո­շակի նվազագույն չափերի դեպքում, որոնք կոչվում են ռեակտորի կրիտիկական չափեր:

Բացի բազմացման գործակցից, հաճախ օգտագործում են նաև ռեակտորի ռեակ­տի­վու­թյուն հասկացությունը    որը որոշվում է հետևյալ կերպ.

 բնութագրում է ռեակտորի կրիտիկական վիճակից  շեղման աստիճանը: Այս բանաձևը մանրամասն կքննարկենք 2-րդ գլխում:

>>

 

ԳԼՈՒԽ 2. ՋՋԷՌ-440 ԷՆԵՐԳԱԲԼՈԿԻ ԱՌԱՋԻՆ ԿՈՆՏՈՒՐԻ

ՀԻՄՆԱԿԱՆ ՍԱՐՔԱՎՈՐՈՒՄՆԵՐԸ ԵՎ ՏԵԽՆԻԿԱԿԱՆ ԲՆՈՒԹԱԳՐԵՐԸ

ՋՋԷՌ-440 էներգաբլոկում առաջին կոնտուրը նախատեսված է ջերմային էներգիայի արտադրության համար, որտեղից այն հաղորդվում է երկրորդ կոնտուրի ջերմակրին: Առաջին կոնտուրի կազմում մտնում են էներգետիկական ռեակտորը՝ 1 և գլխավոր շրջա­նա­ռության կոնտուրը` բաղկացած 6 օղակներից: Յուրաքանչյուր օղակի կազմի մեջ մտնում են շոգեգեներատորը ՝ 2, գլխավոր շրջանառության պոմպը (ГЦН)՝ 3, առաջին կոնտուրի սարքավորումները միմյանց միացնող շրջանառության խողովակագծերը և գլխավոր փակող սողնակները (ГЗЗ)՝ 4: Առաջին կոնտուրի մեջ է մտնում նաև ճնշման փոխհատուցիչը (КД)՝ 5: Նկ. 2.1-ում ներկայացված է ՀԱԷԿ-ի առաջին կոնտուրի տեխնո­լոգիական սխեման` հիմնական սարքավորումներով և հսկվող պարամետրերով (առավել մանրամասն տե՛ս հավել­ված 1-ի նկ.հ1-ում):

Ջերմակիրը շոգեգեներատորից  գլխավոր շրջանառության պոմպի (ГЦН) միջոցով խողովակներով մղվում է ռեակտոր, որտեղ տա­քա­նալով    դուրս է գալիսշոգեգեներատոր , ջերմությունը հաղորդում է այդտեղ գտնվող կաթսայական ջրին, որը եռում է և կրկին վերադառնում է ռեակտոր: Այսինքն՝ գլխա­վոր շրջանառության խողովակներով իրականացվում է ջերմակրի շրջանառությունը:

ՋՋԷՌ-440 ռեակտորով էներգաբլոկներում կա հնարավորություն՝ գլխավոր փակող սող­նակների (ГЗЗ)՝ 4 միջոցով ռեակտորից անջատելու օղակը: Դրա համար այդ սողնակ­ներից մեկը տեղադրված է գլխավոր շրջանառության կոնտուրի, այսպես կոչված, տաք գծի (որով ջերմակիրը ռեակտորից մղվում է շոգեգեներատոր ), մյուսը՝ սառը գծի (որով ջերմակիրը շոգեգեներատորից մղվում է ռեակտոր) վրա:

Առաջին կոնտուրում, անվանական ռեժիմում, ջերմակրի ճնշումը հավասար է 12,3 ՄՊա (125 կգ/սմ ²), նրա ջերմաստիճանը ռեակտորի մուտքում՝ 270°C, ելքում` 300°C: Այս պայմաններում շոգեգեներատորում արտադրվում է հագեցած շոգի, որի ճնշումը 4,61 ՄՊա (47 կգ/սմ  ²) է: Նկ. 2.1-ում այդ պարամետրերն անվանական ռեժիմից մի փոքր տարբեր են, քանի որ ռեակտորն աշխատում է 92% հզորությամբ:

Գլխավոր շրջանառության պոմպն (ГЦН) տեղադրված է սառը խողովակագծի անջատվող մասում: Ռեակտորում ջեր­մու­թյան հաղորդումն իրականացվում է առանց առաջին կոնտուրի ջերմակրի փուլային փոփոխության: Ջերմակրի եռումը կանխվում է առաջին կոնտուրում առկա բարձր ճնշման շնորհիվ: Անհրաժեշտ ճնշում ստեղծելու համար պահանջվում է հատուկ սարք՝ ճնշման փոխհատուցիչ (КД)՝ 5: Այն ծառայում է տաքացման և սառեցման դեպքում ջերմակրի ճնշման (ծավալի) փոփոխությունը փոխհատուցելուն, ինչպես նաև սկզբնական ճնշում ստեղծելուն: Ճնշման փոխհատուցիչում ջուրը տաքացվում է էլեկտրատաքացուցիչների միջոցով և մասնակիորեն գոլորշիանում է, ինչը հանգեցնում է առաջին կոնտուրի ճնշման բարձրացմանը: Ճնշման փոխհատուցիչը միացված է տաք խողովակագծի չանջատվող մասին: Ճնշման փոխհատուցիչի ծավալը 38 մ  ³ է, որից 16 մ  ³-ը հագեցած գոլորշին է, 22 մ  ³-ը` եռացող ջուրը:

Շոգեգեներատորում ջերմափոխանակության վատացման հետևանքով հնարավոր է առաջին կոնտուրում ճնշման և ջերմաստիճանի բարձրացում: Թույլատրելի մակարդակից ճնշման բարձրացումը կանխելու համար սառը խողովակագծից ճնշման փոխհատուցիչի շոգետարածություն է ներցայտվում ջերմակիրը: Եթե սառը ջերմակրի ներցայտման դեպ­քում ճնշման բարձրացումն առաջին կոնտուրում չի դադարում, և ճնշումը հասնում է 14,5ՄՊա, ապա աշխատում է ապահովիչ փականը (ПК), ՝ 6, որի ելքը միացված է բար­բո­տա­ժա­յին բաքին (ББ):

Բարբոտաժային բաք(ББ) ճնշման փոխհատուցիչից եկող շոգու կոնդենսացման նպա­տա­կով, հովացնող ջրի ջերմաստիճանը պահպանվում է մինչև 60°C: Եթե բար­բո­տա­ժա­յին բաքում  ճնշումը գե­րա­զան­ցում է թույ­լատրելի արժեքը, ապա աշխատում է վերջինիս վրա տեղադրված ապա­հո­վիչ փա­կա­նը (АП), և առաջին կոնտուրի ջերմակիրն արտանետվում է շոգեգեներատորից գլխավոր շրջանառության պոմպ (ГЦН) հեր­մե­տիկ տարածու­թյունը: Երբ առաջին կոնտուրում ճնշումը նվազում է մինչև 13,8ՄՊա, Ճնշման փոխհատուցիչ ապա­հո­վիչ փականը (ПК) փակվում է (Ճնշման փոխհատուցիչի  աշխատանքի մանրամասն նկարագրությունը տե՛ս հա­ջորդիվ): Ինչպես առաջին կոնտուրի սկզբնական լիցքավորման, այնպես էլ բնա­կանոն աշ­խա­տանքային ռեժիմում մաղումների և կաթոցների տեսքով կազմա­կերպված և ան­կազ­մա­կերպ հոսակորուստների լրացման համար նախատեսված է առաջին կոնտուրի բնականոն լրասնման համակարգը, որի մեջ մտնում են լրասնման գազազրկիչը (2 ДП) և լրասնման 4 պոմպերը (ПН1-4), որոնց յուրաքանչյուրի արտադրո­ղա­կանությունը 6մ  ³/ժ է, իսկ զար­գացրած ճնշումը կարող է հասնել մինչև 200կգ/սմ  ²: Այդ պոմպերը մխոցային տի­պի են և կիրառվում են նաև առաջին կոնտուրի հիդրոփորձարկումների համար: Առա­ջին կոն­տու­րի վթարային լրասնումը՝ 8 ծառայում է առաջին կոնտուրը բորաթթվի լուծույ­թով լրա­սնե­լու համար, երբ լրասնման բոլոր պոմպերի աշխատանքը չի փոխհատուցում կոն­տուրից ջերմակրի վթարային կորուստը:

Վթարային լրասնման պոմպերից` АПН   (6 հատ), յուրաքանչյուրի անվանական ար­տադրականությունը 65մ  ³/ժ է, էջքը՝ 130կգ/սմ  ²: Դրանք միանում են, երբ առաջին կոն­տու­րում կա արտահոսք, կամ ինչ-որ պատճառով ճնշումն իջնում է մինչև 95կգ/սմ  ², կամ ճնշման փոխհատուցիչում (КД) ջրի մակարդակը նվազում է անվանականից 2560 մմ-ով: Նկ. 2.1-ում ցույց են տրված նաև ջրացայտային համակարգի պոմպերը՝ Н БC -1÷3 (9):

Այդ համակարգը նախատեսվում է առաջին կոնտուրի հերմետիկ տարածությունում, ջրի կամ ջրագոլորշային խառնուրդի արտանետումով վթարների դեպքում, շոգեգեներատորից գլխավոր շրջանառության պոմպ (ГЦН) հեր­մետիկ տարածությունում ստեղծված ճնշման իջեցման, ինչպես նաև ճառագայթա­ակ­տիվ յոդի՝ Y-131 գազային իզոտոպի «կապակցման» և այն հեղուկ ֆազ փոխադրելու հա­մար: Համակարգը գործում է, երբ հերմետիկ տարածությունում (բոքս) ճնշումը բարձ­րանում է 0,2կգ/սմ ²:  Յուրաքանչյուր  պոմպի  արտադրողականությունը  հավասար  է  280մ ³/ժ՝ 4,2կգ/սմ  ²  անվանական ճնշման դեպքում: Համակարգի կազմի մեջ մտնում են նաև բորաթթվի լուծույթի վթարային պա­շարի բաքը` Б-8/2 (աշխատանքային ծավալը՝ 800մ ³, որում գտնվում է 12գ/կգ-ից ոչ պակաս կոնցենտրացիայով բորաթթու): Վթարային լրա­սնման, ինչպես նաև ջրացայտային պոմպերը ջուրը վերցնում են այդ բաքից:

Հսկվում են համակարգի հետևյալ պարամետրերը. ջերմակրի ջերմաստիճանները օղակներում (առաջին օղակի համար)՝ T=292,3°C, T=264,6°C, ճնշումը՝ P=126,3կգ/սմ ², շոգեգեներատորում ճնշումը՝ 45,1կգ/սմ ², կարգավորվող մակար­դակը՝      սնող ջրի ծախսը՝ Q=372մ  ³/ժ, գլխավոր շրջանառության պոմպի (ГЦН) զարգացրած ճնշումը՝   (որն էլ ապահովում է ջեր­մա­կրի շրջանառությունը օղակներով և ռեակտորով), ռեակտորում ճնշումը՝ P=124,1կգ/սմ ², ճնշման անկումը՝   ջերմակրի ջեր­մաս­տիճանային անկումը՝ ջեր­մակրի միջին ջերմաստիճանը՝ Tср=278,5°C, ճնշման փոխհատուցիչում (КД) գոլորշու ջերմաստիճանը՝ Tn=327,8°C, ճնշումը՝ մակարդակը՝ H=3046մմ, կարգավորման մակարդակը՝ ΔH=176մմ, ջրի ջերմաստիճանը՝ T_ջ=326,7°C (որը գրեթե հա­վա­սար է գոլորշու ջերմաս­տիճանին, քանի որ գոլորշին գտնվում է հագեցած վիճակում), Տուրբոգեներատորների (ТГ) էլեկտրական հզո­րությունները՝ 166,4ՄՎտ և 210,6ՄՎտ, պտուտաթվերը՝ 3000պտ/ր, ինչպես նաև մի շարք այլ պարամետրեր:

 

 

2.1.   ՌԵԱԿՏՈՐԻ ԿԱՌՈՒՑՎԱԾՔԱՅԻՆ ԵՎ ԱՇԽԱՏԱՆՔԱՅԻՆ ԲՆՈՒԹԱԳՐԵՐԸ

ՋՋԷՌ-440 (B-230) ջրաջրային էներգետիկական ռեակտորը իրանային տեսակի հե­տե­րոգեն միջուկային ռեակտոր է, որը հավաքովի գլանական կառուցվածք է` մինչև 4.4մ տրա­մագծով և  բարձրությամբ, ջերմային հզորությունը` 1375 ՄՎտ :

Նկ. 2.2-ում ներկայացված է ռեակտորի երկայնական կտրվածքը՝ վերին բլոկի հետ միասին, իսկ նկ. 2.3-ում՝ առանց վերին բլոկի, գաբարիտային չափերով (տե՛ս հավելված 1-ի նկ.հ1.2-ը և նկ.հ1.3-ը) ՋՋԷՌ-1000 ռեակտորի իրանը գործարանային պայման­նե­րում: Նկ.հ1.4-ում ցույց է տրված, թե ինչպես են ՋՋԷՌ-440 ռեակտորի իրանը իջեցնում հորանը: Ռեակտորի հիմնական հանգույցներն են` ռեակտորի իրանը, վերին բլոկը, պաշտ­պա­նա­կան խողովակների բլոկը (БЗТ), ռեակտորի հորանը, հորանի հատակը, զամբյուղը, որի մեջ հա­վաք­վում են աշխատանքային անշարժ կասետները, և ակտիվ գոտին: Ջերմակիրը ռեակ­տո­րի ներքևի խողովակներից մտնում է ռեակտոր, անցնում իրանի և հորանի անցու­ղիով, իջ­նում հորանի հատակը, բարձրանում հորանի հատակի անցքերով, մտնում ակտիվ գո­տի, անցնում ջերմանջատիչ հավաքածուների (կասետների) միջով, ողողում ջերման­ջատիչ տար­­րերը (ТВЭЛ), տաքանում  և դուրս է գալիս վերևի խողո­վակ­ներից:

Ակտիվ գոտի է կոչվում ռեակտորի այն մասը, որտեղ տեղի է ունենում ուրանի մի­ջուկ­ների կարգավորվող, ինքնապահպանվող շղթայական ռեակցիան, որի արդյունքում ան­ջատ­ված ներմիջուկային էներգիան փոխակերպվում է ջերմային էներգիայի: Ակտիվ գոտու հիմնական բաղադրիչներն են միջուկային վառելանյութը, ջերմակիրը, նեյտրոն­նե­րի դան­դա­ղարարը և կլանիչը:

 

Նկ. 2.4 –ում ցույց է տրված ակտիվ գոտին՝ նկարված վերևից: Ներքևում՝  խո­րու­թյամբ, երևում է զամբյուղը՝ 349 վեցանիստ անցքերով, որում հավաքվում են ջերմանջատիչ հավաքածուները (ТВС) (կա­սետները, նկ. 2.7): Ակտիվ գոտին դատարկ է. ջերմանջատիչ հավաքածուները դեռևս հավաքված չեն: Ռեակտորը նոր է թողարկվում: Հանովի զամբյուղի զանգվածը կազմում է 21300կգ:

 

Նկ. 2.5ա-ում ցույց է տրված Սլովակիայի Բոգունիցե ԱԷԿ-ի (ՋՋԷՌ-440) ռեակտո­րա­յին արտադրամասի կենտրոնական սրահը, որտեղ ռեակտորի վերին բլոկը հանված դրված է սրահում: Երևում են կարգավորման և պաշտպանության համակարգի շարժա­բեր­ները, որոնք դրված են հորիզոնական վիճակում, և աշխատակիցները ստուգում են դրանք:

Ռեակտորի վերին բլոկը ներկայացնում է իրանի գնդային կափարիչը, որին ամ­րաց­ված է մետաղական կառուցվածք: Կառուցվածքը կազմված է ուղղագիծ ձողերից, որոնք կափարիչին ամրացված են պարուրակի միջոցով, իսկ իրար հետ՝ օղակային գոտիներով: Կափարիչի վրա մոնտաժված են 37 պատյաններ՝ ավտոմատ կարգավորման և փոխհա­տուց­ման (АРК) կասետների հաղորդակների տե­ղա­կայման և խցանման համար, ինչպես նաև ջերմաստիճանի հսկման տվիչների և ռեակ­տորի ակտիվ գոտու բարձրությամբ նեյտրոնային հոսքի հսկման դետեկտորների խողո­վակաոստեր: Վերին բլոկի զանգվածը կազմում է 119000 կգ:

Նկ. 2.5բ-ում ցույց է տրված ՋՋԷՌ-1000 ռեակտորի պաշտպանական խողովակների բլոկը (БЗТ), որը տեղադրում են ռեակտորի մեջ: Ռեակտորը նոր է թողարկվում, ուստի պաշտպանական խողովակների բլոկն (БЗТ)  ճառագայթաակտիվ չէ: Ռեակտորը վերաբեռնելիս, երբ այն ճառագայթաակտիվ է, մտցնում են հատուկ պաշտանիչ կոնտեյների մեջ, հետո հանում:

Պաշտպանական խողովակների բլոկն (БЗТ)  նախատեսված է աշխատանքային ջերմանջատիչ հավաքածուները (ТВС)  գլխիկների սևեռման, ռեակտորի շահագործման բոլոր ռեժիմներում դրանցով բեռնված զամբյուղի ու հորանի հատակի երե­սե­լումը կանխելու, ավտոմատ կարգավորման և փոխհա­տուց­ման ավտոմատ կարգավորում և փոխհատուցում (АРК)  կասետները կլանիչների և կառավարման և պաշտպանության հա­մակարգի (СУЗ) մեխանիզմների ջերմակրի ազ­դեցությունից պաշտպանելու և ներ­ռեակ­տորային հսկման տվիչների փոքր տրամագծով խո­ղովակները տեղադրելու համար: Պաշտպանական խողովակների բլոկն (БЗТ)   կազմված է վերևի և ներքևի մասերից, որոնք միմյանց միացված են 37 պաշտ­պա­նա­կան խողովակներով: Պաշտպանական խողովակ­նե­րի միջով ուղղագիծ ուղղությամբ շարժ­վում են միջանկյալ ձողերը՝ ավտոմատ կարգավորում և փոխհատուցման (АРК) կասետների կլա­նիչ­ների հետ միասին: Ռեակտորի պաշտպանական խողովակների բլոկի (БЗТ) ներ­քևի մասը կազմված է սեղմող վանդակացանցից, որին ամ­րացված են աշխատանքային ջերմանջատիչ հավաքածուների (ТВС)   գլխիկների համար կոշտ բռնիչներ: Վերևի մասը կազմված է վերին վանդա­կա­ցան­ցից, խեմից, կողատակի գոտուց, որին ամրացված է ջերմաստիճանի հսկման տվիչ­նե­րի պատյանների փունջը: Պաշտպանական խողովակների բլոկն (БЗТ)   զանգվածը 35200 կգ է: ՋՋԷՌ-440 ռեակտորներում որպես վառելանյութ օգտագործվում է ուրանի երկօքսիդը՝  խտությամբ), ջերմանջատիչ տարրերի (ТВЭЛ)  տեսքով, որոնք վառելանյութի 9,1մմ արտաքին տրամագծով միջաձողեր են՝ պատված 0,65մմ հաստությամբ հերմետիկ պատյանով: Ջերմանջատիչ տարրերի (ТВЭЛ)պատյանը պատրաստ­ված է ցիր­կոնիումի և 1% նիոբիումի համաձուլվածքից:

Ջերմանջատիչ տարրերի (ТВЭЛ)  բարձրությունը հավասար է ակտիվ գոտու բարձրությանը՝  Ակ­տիվ գոտին, որի տրամագիծը d_ա.գ=2,88մ է, ներիրանային սարքավորումների միջոցով ամ­րացված է ռեակտորի իրանին և կազմված է 349 ջերմանջատիչ հավաքածուներից (ТВС) , որոնցից 312-ը անշարժ տե­ղակայված են ակտիվ գոտում, իսկ 37-ը կառավարման ջերմանջատիչ հավաքածուներ  են (երկհարկանի ավտոմատ կարգավորում և փոխհատուցման (АРК)  կա­սետներ, որոնք ունակ են ակտիվ գոտում տեղաշարժվելու ուղղաձիգ ուղղությամբ):

 

Նկ.2.6-ում պատկերված է Ֆինլանդիայի «Լովիզա» ԱԷԿ-ում ռեակտորային ջերմանջատիչ հավաքածուների (ТВС)  ար­տաքին տեսքը:

Նկ. 2.7-ում ներկայացված է աշատանքային ջերմանջատիչ հավաքածուների (ТВС)  երկայնական կտրվածքը՝ ջեր­ման­­ջա­տիչ տարրերով:

Յուրաքանչյուր ջերմանջատիչ հավաքածու վեցանիստ խողովակում տեղակայված 126 ջերմանջատիչ տարրերի (ТВЭЛ) հավա­քածու է: Ջերմանջատիչ տարրերը տեղադրված են վանդակացանցի մեջ, որոնց կենտրոնները իրարից 1.22 սմ  հեռավորության վրա են: Ջերմանջատիչ հավաքածուների պատյանը, որի հաստությունը 2,1մմ է, նույնպես պատ­րաստված է ցիրկոնիումի և նիոբիումի համաձուլվածքից: Ջերմանջատիչ հավաքածուների բարձրությունը 3,2 մ է, վեցանիստ զուգահեռ կողմերի լայնությունը՝ 14,4 սմ:

Ջերմանջատիչ տարրերի (ТВЭЛ) ՝ UO₂-ից պատրաստված միջաձողերի բնութագրիչ առանձնահատ­կությու­նը դրանցում ջերմաստիճանային մեծ գրադիենտի առկայությունն է, որը որոշ դեպքերում հասնում է 400°C/մմ: Դա պայմանավորված է UO₂-ի ջերմահաղորդման փոքր գործակցով:

ՋՋԷՌ-440 ռեակտորում վառելիքի հաշվարկային առավելագույն ջերմաստիճանը, 1375 ՄՎտ անվանական ջերմային բեռնվածության դեպքում, կազմում է 1940°C, սակայն շա­հագործման իրական պայմաններում, ինչպես ցույց են տվել այրված վառելիքի հետա­զոտությունները, այն զգալիորեն ցածր է (1600°C): UO₂-ի հալման ջերմաստիճանը 2800 °C-է:

Նկ. 2.8-ում պատկերված են ջերմանջատիչ տարրերի (ТВЭЛ)  արտաքին տեսքը՝ երկայնական կտրվածքով, և ջերմաստիճանային բաշխման գրաֆիկը:

Նկարից երևում է, որ բնականոն աշխատանքի ժամանակ վառելիքի առավելագույն արժեքը միջին լարվածությամբ ջերմանջատիչ տարրերի  համար չի գերազանցում 1600°C-ը:

Վառելանյութը (UO₂) ջերմանջատիչ տարրերի (ТВЭЛ) մեջ տեղադրված է հաբերի ձևով՝ d=7,55մմ տրա­մա­գծով, հարստացված ²³⁵U-ով (նկ. 2.9): Ակտիվ գոտին լրիվ բեռնավորելու համար անհրա­ժեշտ է  վառելանյութ, որը վերածված մաքուր ²³⁵U-ի՝ կազմում է  

Ուրանի երկօքսիդը՝ որպես վառելանյութ, ունի մի շարք առավելություններ` հալման բարձր ջերմաստիճան 2880⁰C), կայունություն ճառագայթման նկատմամբ, բարձր ջեր­մաս­տիճաններում լավ համատեղելիություն տարբեր ջերմակիրների և կոնստրուկցիոն նյութերի հետ: UO₂-ից պատրաստված ջերմանջատիչ տարրերը հնարավորություն են տալիս հասնելու վա­ռելիքի ավելի խոր այրման:

UO₂-ի թերություններն են` փոքր խտությունը (եռակալված վիճակում՝  ցածր ջերմահաղորդականությունը, որը ջերմաստիճանի 500°C-ից մինչև 1500°C բարձ­րաց­մանը զուգընթաց 5 Վտ/(մ,°C)-ից փոքրանում է մինչև 2,5 Վտ/(մ,°C), և թույլ կայունությունը ջերմային հարվածի դեպքում:

Ջերմանջատիչ տարրերի (ТВЭЛ) պատյանի հերմետիկությունը հսկելու համար նրա ներքին տարածությունը լցվում է ավելցուկային ոչ մեծ ճնշման տակ գտնվող չեզոք գազով` հելիումով: Ջերմաս­տիճանային ընդարձակումները փոխհատուցելու համար ջերմանջատիչ տարրերի միջուկի և նրա թաղանթի միջև նախատեսված է 0,05…0,1մմ հաստությամբ ճեղք: Աշխատանքի ընթացքում ջերմանջատիչ տարրերի թաղանթում կուտակվում են մեծ քանակությամբ բաժանման ճառագայթաակտիվ, այդ թվում՝ նաև գազային նյութեր:

Բաժանման գազային նյութերի կուտակման համար ջերմանջատիչ տարրերի (ТВЭЛ) կողաճակատային ծա­վալները թողնվում են դատարկ: Միջուկի հաբի կենտրոնական անցքը՝ 1,4…1,6 մմ տրա­մագծով, նույնպես կատարում է տրոհման ճառագայթաակտիվ գազային նյութերի կու­տակման լրացուցիչ տարածության դեր:

Ակտիվ գոտու էներգալարվածությունը հավասարաչափ բաշխելու նպատակով ռեակ­տորում օգտագործվում են ²³⁵U-ի՝ տարբեր աստիճաններով հարստացված ջերմանջատիչ հավաքածուներ (ТВС), որոնցում ²³⁵U-ի պարունակությունը վառելանյութի մեջ կազմում է 1,6%, 2,4% և 3,6%: Առա­վելագույն չափով հարստացված ջերմանջատիչ հավաքածուները տեղադրում են ակտիվ գոտու ծայրամասերում, ինչը թույլ է տալիս որոշակիորեն թուլացնել էներգալարվածությունը: Ներկայումս օգտա­գործում են նաև 4,4%-ով հարստացված ջերմանջատիչ հավաքածուներ (ТВС), որոնցում, օգտագործելով ինտե­գրված նեյտրոնային կլանիչներ, իրականացվում է նեյտրոնային դաշտի համահարթեցում նաև ջերմանջատիչ հավաքածուների (ТВС) մակարդակով:

ՋՋԷՌ տիպի ռեակտորների հիմնական բաղադրիչներից է նեյտրոնների դան­դա­ղարարը: ՋՋԷՌ-440 ռեակտորներում որպես դանդաղարար կիրառվում է սովորական ջուրը (թեթև ջուրը): Այն օժտված է լավ դանդաղեցնող հատկությամբ, էժան է, մածուցի­կությունը փոքր է, թունավոր չէ, ձեռքբերովի ակտիվությունը (թթվածնի) կար­ճա­տև է: Թերությունն այն է, որ ունի ջերմային նեյտրոններ կլանելու հատկություն, որի պատճառով վառելանյութը հարստացվում է:

Ջուրը նաև լավ ջերմակիր է, սակայն այդ առումով ունի զգալի թերություններ`

·               փոքր ճնշումների դեպքում նրա եռման ջերմաստիճանը համեմատաբար փոքր է,

·               խտությունը խիստ կախված է ջերմաստիճանից (20⁰C մինչև 300⁰C տաքացնելիս խտությունը փոքրանում է

·               օքսիդացնող հատկությունը մեծ է (կոռոզիապես ագրեսիվ է),

·               ակտիվանում է իր կազմի մեջ մտնող թթվածնի հաշվին:

Կառավարման և պաշտպանության համակար­գը (СУЗ) նա­խա­­­տեսված է ռեակտորի գործարկման, ռեակտիվության փոխ­հա­­տուցման, հզորության կարգավորման, ինչպես նաև ռեակ­տո­րի վթարային և պլանային կանգնեցման համար:

ՋՋԷՌ-440 ռեակտորներում կառավարման և պաշտպանության համակարգ (СУЗ) ունի երկու անկախ՝ կառավարման մեխանիկա­կան օրգանների (շարժ­վող կլանիչ ձողեր) և հեղուկ բորային կար­գա­վորման հա­մա­­կարգեր:

Կառավարման մեխանիկական օրգանների համակարգը կա­տա­­­­րում է ռեակտորի հզո­րության կարգավորման և կանգնեցման ֆուն­­կցիա: Այն կազմված է ավտոմատ կարգա­վոր­ման և փոխ­­­հատուցման (АРК) 37 կասետներից, որոնք տեղաբաշխվում են ակ­­­տիվ գո­տու տարբեր մասերում և ըստ դասա­վո­րու­թյան՝ կազմված են վեց խմբից: Եվ ջերմանջատիչ հավաքածուների (ТВС), և ավտոմատ կարգավորում և փոխհատուցման (АРК) կասետներն ունեն վեցակողմ պատյաններ: Կասետի բարձրացման դեպքում կլանիչը դուրս է գալիս ակտիվ գոտուց, և նրա տեղը գրա­վում է վառե­լի­քային մասը:

Նկ. 2.10-ում սպիտակ գույնով նշված է ԱԿՓ (АРК) կասետների դիրքը: Նկարից երևում է, որ հսկվում է մի շարք աշխատանքային կասետներից դուրս եկող ջրի ջերմաստիճանը: Կար­միր գույնի արժեքները ճիշտ չեն, տվիչների ցուցմունքները սխալ են:

ավտոմատ կարգավորում և փոխհատուցման (АРК)  յուրա­քան­չյուր կա­սետ կազմված է երկու մասից` վերին-կլանիչ և ստո­­րին-մի­ջու­­կային վառելանյութ:

Վերին-կլանիչը կոչվում է հավելակցան, իսկ ստորինը՝ միջուկային վառելանյութը, նույն աշխատանքային կասետն է, որում տեղադրված են ջերմանջատիչ տարրերը (ТВЭЛ)  ( տե՛ս նկ.2.7): Հավելակցանը դրվում է կասետի վրա:

Նկ. 2.11-ում բերված է հավելակցանի ընդհանուր տեսքը:

Վերին վեցակողմ կլանիչում տեղադրված են բորացված պող­­պատից ներդիրներ, որոնք կլանում են ջերմային նեյտ­րոններ, այսինքն` կասետի այդ մասը նեյտրոնների հա­մար թակարդ է, և դրանք, սուզվելով ակտիվ գոտու մեջ, իջեցնում են ռեակտորի նեյտ­րո­նա­յին հզորությունը: Այդպիսի կառուցվածքով ավտոմատ կարգավորում և փոխհատուցման (АРК)  կա­սետը կարող է արդյու­նա­վե­տո­րեն կլանել նաև արագ նեյտրոններ, որոնք, դանդաղելով ԱԿՓ (АРК)  կա­սետի ջրային տիրույ­թում, հետագայում կլանվում են բորացված պողպատե ներդիրներից:

ԱԿՓ (АРК)  յուրաքանչյուր կասետի ընդհանուր զանգվածը 330 կգ է, այդ թվում՝ կլանիչի զանգվածը՝ 110կգ, իսկ ջերմանջատիչ հավաքածուների (ТВС) զանգվածը՝ 220 կգ: Ռեակտորի հզորությունը կարգավորելիս ԱԿՓ (АРК)  կասետներն իրենց ծանրության ուժի ազդեցությամբ տեղաշարժվում են 2սմ/վ արա­գությամբ, իսկ վթարային իրավիճակներում՝ արագությամբ՝ ընկղմվելով ակ­տիվ գոտի (կլանիչը մտնում է ակտիվ գոտի, իսկ վառելիքային մասը դուրս է գալիս ակտիվ գոտուց:)

Ռեակտորն ունի չորս կարգի վթարային պաշտպանություն:

Առաջին կարգի վթարային պաշտպանության՝ ՎՊ-I (A3-I_рода) ազդանշանի դեպքում, բո­լոր վեց պաշտպանիչ խմբերը (37 ավտոմատ կարգավորում և փոխհատուցման (АРК)  կասետներ) իրենց ծանրության ուժի ազդե­ցու­թյամբ միաժամանակ, ինքնաբերաբար 20÷30սմ/վրկ արագությամբ ընկղմվում են ակտիվ գոտի:

Երկրորդ կարգի վթարային պաշտպանության՝ ՎՊ-II (A3-II_рода) ազդանշանի դեպքում ավտոմատ կարգավորում և փոխհատուցման (АРК)  կասետների բոլոր վեց պաշտպանիչ խմբերը, սկսած VI կարգավորող խմբից, հաջորդաբար, ինքնաբերաբար 20÷30սմ/վրկ արագությամբ ընկղմվում են ակտիվ գոտի:

Երրորդ կարգի վթարային պաշտպանության՝ ՎՊ-III (A3-III_рода) ազդանշանի դեպ­քում ԱԿՓ (АРК) կասետների բոլոր վեց պաշտպանիչ խմբերը, սկսած VI կարգավորող խմբից, հա­ջորդաբար, 2սմ/վրկ արագությամբ (շարժաբերի միջոցով) իջնում են ակտիվ գոտի՝ մինչև ազդանշանի վերանալը կամ մինչև անցումը ՎՊ-II պաշտպանության:

Չորրորդ կարգի վթարային պաշտպանության՝ ՎՊ-IV (A3-IV_рода) ազդանշանի դեպ­քում արգելափակվում է բոլոր ավտոմատ կարգավորում և փոխհատուցման (АРК) կասետների վեր բարձրանալը (տե՛ս նաև հավելված 1-ը):

Այսպիսով, կասետի բարձրացմամբ ռեակտորում արձակվում է դրական ռեակ­տի­վություն՝ ինչպես նեյտրոնների կլանման փոքրացման, այնպես էլ ակտիվ գոտում վառելի­քի զանգվածի մեծացման հաշվին:

Բորային կարգավոր­ման համակարգն ապահովում է ռեակ­տի­վության դանդաղ փո­փոխ­ման փոխհատուցումը ռեակտորի ամբողջ աշխատաշրջանում:

Ռեակտիվության պաշարի փոխհատուցումը բորաթթվով (ի տար­բե­րություն ԱԿՓ (АРК)  կասետների) հնարավորություն է տալիս ակ­տիվ գո­տում էներգիայի անջատման անհա­վա­սա­րա­չա­փու­թյու­նը փոքրացնել և դրանով մեծացնել ռեակտորի թույլատրելի հզո­րու­թյունը և վառելիքի այրման խորությունը:

Էներգիայի անջատման փոքր անհավասարաչափությունը պայմանավորված է նրա­նով, որ բորաթթվի լուծույթը դանդաղարարում փոխում է ամբողջ գոտու նեյտրոնա-ֆիզի­կական բնութագրերը, մինչդեռ կլանող ձողերն ազդում են նեյտրոնային դաշտի վրա՝ առա­վելապես ակտիվ գոտու իրենց մերձակա տիրույթում: Բորաթթվի լուծույթով փոխհատուց­ման դեպքում անհրաժեշտ է հաշվի առնել ջրի ռեակտիվության բացասական ջերմաստի­ճա­նային գործակցի բացարձակ արժեքի փոքրացումը ՋՋԷՌ-ում:

Դա պայմանավորված է ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց դանդա­ղարա­րում բորաթթվի լուծույթի խտության փոքրացմամբ: Բորաթթվի մեծ կոնցենտրացիաների դեպ­քում ռեակտիվության ջերմաստիճանային գործակիցը կարող է դառնալ դրական: Ակն­հայտ է, որ բորաթթվի նման կոնցենտրացիաներով ռեակտորի շահագործումը ծայր­աս­տի­ճան անցանկալի է, քանի որ դժվարանում է նրա կառավարումը:

ՋՋԷՌ-440-ի մնացած մասերը` ռեակտորի իրանը, անդրա­դար­­ձուցիչը և կենսաբա­նա­կան պաշտպանությունը, էական ազդեցություն չունեն ռեակտորի շահագործման բնու­թագ­րերի վրա՝ ի տարբերություն ակտիվ գոտու և կառավարման և պաշտպանության համակարգի (СУЗ) սարքա­վո­րում­ների: Ռեակ­տորի կառուցվածքային մանրամասն նկա­­րագ­րու­թյու­նը ներկայացված է [2,3]-ում (տե՛ս նաև հավելված 1-ի աղ. հ.1-ը):

 

 

Ստուգողական հարցեր

 

1.             Ո՞րն է ՋՋԷՌ-440 ռեակտորի վառելանյութը:

2.             Ինչպիսի՞ առավելություններ և թերություններ ունի ուրանի երկօքսիդը՝ որպես վառելանյութ:

3.             Ինչպիսի՞ առավելություններ և թերություններ ունի ջուրը՝ որպես նեյտրոնների դանդաղարար և ջերմակիր:

4.             Ինչպիս՞ի համակարգեր են կիրառվում ՋՋԷՌ-440 ռեակտորում՝ ռեակտիվության պաշարը փոխհատուցելու համար:

5.             Ինչի՞ց է կազմված և ի՞նչ գործառույթ է կատարում ռեակտորի կառավարման մեխանիկական օրգանների համակարգը:

>>

 

 

2.1.1.              Ռեակտորի հզորությունը, աշխատաշրջանը, էներգապաշարը

Ռեակտորի հզորությունը որոշվում է ակտիվ գոտում միավոր ժամանակում էներգա­անջատման չափով: Էներգաանջատումը կախված է վառելիքի միջուկի բաժանման թվից և հետևաբար` այդ բաժանումն առաջացնող նեյտրոնների հոսքի խտությունից:

Ռեակտորում միջուկների բաժանումից անջատված լրիվ հզորությունը որոշվում է հետևյալ բանաձևով [5]`

որտեղ N_լր-ը միջուկային բաժանումից անջատված լրիվ հզորությունն է, կՎտ, -ն՝ ակտիվ գոտում նեյտրոնների հոսքի միջին խտությունը,  -ը՝ ակտիվ գոտում լրիվ վառելանյութի (UO₂) զանգվածը, գ, -ն՝ վառելանյութի իզոտոպային միջին հարստացման չափը,    համեմատության գործակից, որը որոշված է ՋՋԷՌ-440 տիպի ռեակտորների համար:

2.1 բանաձևը  օգտագործվել է նաև հավելված 1-ում՝ N1 խնդիրի լուծման համար:

Ռեակտորի աշխատաշրջանը այն ժամանակն է, որի ընթաց­­քում ակտիվ գոտին կա­րող է աշխատել բնականոն հզո­րու­թյամբ վառելիքի միևնույն բեռնվածքի դեպքում: Ռեակ­տորի աշխատաշրջանը որոշվում է ռեակտիվության պա­շարով:

Օգտագործված վառելիքը պետք է փոխարինվի նորով ոչ ուշ, քան կծախսվի թունա­վոր­ման և այրման երևույթների փոխ­հա­տուց­ման համար նախատեսված ռեակտիվության ամբողջ պա­շարը: ՋՋԷՌ-440 տիպի էներգետիկական ռեակտորների աշխա­տաշրջանը տևում է 3 տարի՝ յուրաքանչյուր տարի փոխելով վառելիքի մեկ երրորդ մասը՝ մինչև բոլոր կասետները նորով փոխարինելը: Աշխատաշրջանի վերջը հա­մար­վում է այն պահը, երբ ակտիվ գոտում բորաթթվի կոն­ցենտ­րա­ցիան դառնում է զրո, կարգավորող բոլոր կա­սետ­ները գտնվում են ակտիվ գոտուց դուրս` ամենավերին մա­սում, և շղթայական ռեակցիան ավարտվում է: Ներկայումս մի շարք ՋՋԷՌ-440 տիպի ռեակտորներում կիրառվում է նաև 4-5 տարի տևող աշխատաշրջան:

Աշխատաշրջանի ընթացքում որոշակի քանակով էներգիա արտա­դրելու ռեակտորի կարողությունը բնութագրվում է նրա էներգապաշարով՝ Q_է: ՋՋԷՌ-440-ի էներգա­պա­շարը, որը պայմանավորված է ռեակտիվության պաշարով, հավասար է՝

Դա համապատասխանում է 72007400 ժ  կամ 300310 օր աշխատաշրջանին:

Էներգապաշարի օգտագործված մասը կոչվում է ռեակտորի էներգաարտա­դրանք:Եթե ռեակտորը ժամանակի ընթացքում աշխատել է տարբեր հզորությամբ՝ N_i, նրա էներգաարտադրանքը՝ Q_արտ հավասար կլինի յուրաքանչյուր մա­կարդակում աշխա­տած էներգաարտադրանքների գումարին.

 

որտեղ -ն ռեակտորի աշխատած ժամանակն է N_i հզորության դեպքում, ժ:

Ռեակտորի աշխատաշրջանը և էներգապաշարը հաճախ արտահայտվում են արդ­յու­նավետ օրերով, այսինքն` անվանական հզորությամբ աշխատած օրերով: ՋՋԷՌ-440 ռեակտորի համար մեկ արդյունավետ օրը համապատասխանում է 137524=33 ԳՎտ <sup>.</sup> ժ էներգաարտադրանքին: Էներգաարտադրանքը արդյունավետ օրերի վերածելու համար անհրաժեշտ է օգտվել հետևյալ արտահայտությունից`

 

որտեղ -ն արդյունավետ օրերի թիվն է, N_անվ -ն՝ անվանական հզորությունը, ՄՎտ:

Ռեակտորի էներգաարտադրանքի վերաբերյալ հավելված 2-ում լուծված է N2 խնդի­րը:

>>

 

 

2.1.2.              Ջերմանջատումը ակտիվ գոտում

Ակտիվ գոտում ջերմանջատման բաշխումը:Անվանական հզորությամբ ռեակ­տո­րի աշխատանքը, որը հաշվարկված է նեյտրոնային հոսքի միջին խտությանը, հե­տևա­բար՝ նաև ջերմանջատմանը հա­մապա­տաս­խան, դեռևս բավարար չէ ակտիվ գոտու հու­սա­լի աշխատանքը երաշխավորելու համար:

Ռեակտորի ակտիվ գոտում (СУЗ) առկայության պարա­գայում, միջուկային վա­ռե­լիքի անհավասարաչափ այրման և մի շարք այլ պատճառներով, ջերմանջատումն անհա­­վասարաչափ է բաշխվում, որը նվազեցնում է ռեակ­տո­րային տեղակայանքի էներգետիկ հնարա­վո­րու­թյուն­ները:

Ակտիվ գոտում ջերմանջատման անհավասարաչափ բաշ­խու­­մը բնութագրվում է ծավալային անհավա­սա­րա­չա­փու­թյան K_v գործակցով, որը ցույց է տալիս միա­­վոր ծավալում ջեր­ման­ջատ­­ման շեղումը ամբողջ ակտիվ գոտու միջին միավոր ծա­վա­լի արժեքից.

որտեղ q(r,z)-ն ակտիվ գոտու միավոր ծավալում ջերմային հզորությունն է (ջեր­ման­ջա­տումը տարբեր կետերում),-ն՝ ակտիվ գոտու միջին միավոր ծավալի ջերմանջատումը, r-ը և Z-ն՝ ակտիվ գոտու շառավիղը և բարձրությունը համապատասխանաբար:

Ռեակտորի աշխատանքը հուսալի կլինի միայն այն դեպքում, երբ  ջերմանջատիչ տարրերի (ТВЭЛ) ամենա­լարված տեղամասերից, որտեղ ծավալային անհավասարաչափության գործակիցը առա­վե­լագույնն է, իրականացվի ջերմության բնականոն հեռացում: Անհավասարաչա­փու­թյունը դիտարկվում է ըստ ակտիվ գոտու շառավղի՝ K_r և ըստ բարձրության՝ K_z.

Ըստ շառավղի անհավասարաչափության՝ առավելագույն գործակիցը`  Դա նշանակում է, որ ակտիվ գոտու կենտրոնական անցուղին ունի 1.55 անգամ ավելի բարձր ջերմային բեռնվածություն, քան միջին հաշվով՝ ըստ շառավղի: Անդրա­դար­ձու­ցչի ազդեցության հետևանքով ան­հա­վա­սարաչափությունը մի փոքր նվազում է և ըստ ռեակտորի անդրադարձուցչի տե­սա­կի և ակտիվ գոտու չափերի՝ կազմում է

Ջերմանջատման տարածական բաշխման դաշտը էական ազդեցություն է գործում ռեակտորի հզորության և նրա աշ­խա­տաշրջանի վրա: Այդ պատճառով կարևորագույն խնդիր­նե­րից մեկը ակտիվ գոտում էներգիայի անջատման հավասա­րե­ցումն է, քանի որ որքան մեծ է անհավասարաչափության գոր­ծա­­կի­ցը, այն­քան փոքր է թույլատրելի հզորու­թյու­նը, որով ռեակ­տորը կարող է հուսալիորեն աշխատել ամբողջ աշխատաշրջանում:  աճը կա­րող է հանգեցնել ջերմանջատիչ տարրերի (ТВЭЛ) փքվածության աճին և թաղանթի հեր­մե­տի­կության խախտմանը: Ջերմանջատման ան­հավա­սա­րա­չա­փու­թյունը հանգեցնում է նաև  անհավասարաչափ այրմանը և, վեր­ջին հաշվով, ռեակտորի աշխատաշրջանի կրճատ­մա­նը: Իդեալական հավասարեցման դեպքում միջին հզորությունը դառնում է հավասար առավելագույնին:

Միջուկային ռեակտորների համար իդեալական հավա­սա­րե­ցու­­մը գործնականում հնարավոր չէ, քանի որ նեյտրոն­ների ար­ժե­­քավորումը, կորստի հավանականության հետ կապված, ակ­­տիվ գոտու կենտրոնում և եզրերում միևնույնը չէ: Չնայած դրան` ցանկացած հավասարեցում, անգամ ոչ լրիվ, ապահովում է տնտեսական զգալի արդյունավետություն: Գործ­նա­­­կա­նում դա արվում է` մասնակի վերաբեռնման պրոցեսում ջեր­­­մանջատիչ հավա­քա­ծուները վերա­դա­սա­վո­րելով: Այդ դեպ­քում թարմ վառելիքը բեռնվում է ակտիվ գոտու եզրային մա­սե­րում, իսկ մասնակի այրվածները տեղափոխվում են կենտ­րո­նա­կան մաս: Սկզբնական բեռնման դեպքում օգտագործում են երեք տի­պի հարստացում ունեցող վա­ռե­լիք­ներ (հավաքածուներ՝ 1,6%, 2,4% և 3,6%): Ռեակտորի շահագործման ընթացքում ջեր­ման­ջատման բաշխման հսկումը պարտադիր է: Այդ նպա­տա­կով ռեակտորային տեղա­կա­յանքի օպերատորը հերթափոխի ժամա­նակ, ստացիոնար ռեժիմում մեկ անգամ և ամեն անցողիկ ռե­ժի­մից հետո, հաշվում է ակտիվ գոտու K_r-ը: Հաշվարկը կատար­վում է հե­տևյալ բանաձևով`

որտեղ G_ջահ-ը ջերմանջատիչ հավաքածուների միջով անցնող ջերմակրի ծախսն է,G_ռ-ը՝ ռեակտորի միջով անց­նող ջերմակրի ծախսը, -ը՝ առավելագույն ջերմաստիճանային ան­կու­մը ջերմանջատիչ հավաքածուներում, ռեակտորի միջին ջերմաստիճանային անկումը:

Ջերմանջատիչ հավաքածուների (ТВС) միջով անցնող ջերմակրի ծախսը կազմում է ամբողջ ռեակտորով անցնող ջերմակրի ծախսի %-ը, մնացած 5%-ն անցնում է ջերմանջատիչ հավաքածուների (ТВС)իրանների միջև եղած ճեղքերով:

Հաշվի առնելով վերոհիշյալը (2.5), բանաձևը կունենա հե­տևյալ տեսքը`

 

Այս թեմայի վերաբերյալ խնդրի լուծումը տե՛ս նաև հավելված 1-ում (խնդիր 3):

>>

 

 

2.1.3.              Ռեակտորի աշխատանքային ջերմային ռեժիմները

Բնականոն շահագործման ռեժիմներում առաջին կոնտուրի ջեր­­մակիրը պետք է ա­պա­հովի ակտիվ գոտուց ջեր­մու­թյան հուսալի հեռացումը: Կայուն ռեժիմներում ռեակտորի N_ջեր ջերմային հզո­րու­­թյունը հավասար է ակտիվ գոտուց հեռացված ջեր­մաքանակին, որը հեռացվում է ջերմակրով` N_ջերմ=Q:

Վերոհիշյալ ջերմաքանակը կարելի է որոշել հետևյալ բանաձևով`

 

որտեղ  առաջին կոնտուրում ջերմակրի ծախսն է,  ջերմակրի ջերմու­նա­կությունը առաջին կոնտուրի ճնշմանը` համապատասխան,  ջերմակրի ջերմաստիճանների տարբերությունը ռեակ­տորի ելքում և մուտքում (ջերմաստիճանային անկումը ակտիվ գոտում), ⁰C:

Ջերմանջատիչ տարրերում (ТВЭЛ) անջատված ջերմաքանակը ջերմակրին փո­խան­ցվում է վերջիններիս պատյանների մակերևույթից: Ջերմանջատիչ տարրերի միջուկից (միջուկային վա­ռե­լի­քից՝ UO₂) դեպի պատ­յան և պատյանից դեպի ջերմակիր ջերմության փոխանցումն իրականացվում է ջերմա­հա­ղորդականության և կոնվեկտիվ ջերմա­փո­խան­ցման ճանապարհով: Ջերմային հոսքը վա­ռելիքից դե­պի ջերմակիր ուղիղ համեմատական է ջեր­մաս­տի­ճանների տար­բե­րու­թյանը:

Ջերմանջատիչ տարրերի ջերմաստիճանները սահմանափակված են միջուկային վառելիքի հալման կամ այն ջերմաստիճանով, որի դեպքում կարող են փոխվել վառելիքի ֆիզիկաքիմիական հատկությունները: Վառելիքի ջերմաստիճանը կախված է վառելանյութի և պատյանի նյու­թի ջերմահաղորդականությունից: Եթե (2.7) բա­նաձևում ընդունենք, որ c_p=const, ապա ռեակտորից հե­ռաց­­վող ջերմային հզորությունը կախված կլինի երկու փոփո­խա­կան­նե­րից՝

 

 

Նշվածից հետևում է, որ ռեակտորի ջերմային հզորությունը փոխելու համար, կախ­ված ջերմակրի պարամետրերից, առկա է երկու հնարավորություն` փոխել -ն` ջերմա­կրի ծախսը հաս­տա­տուն պահելով, կամ փոխել ջերմակրի ծախսը` ջերմաստիճանային ան­կու­մը պահելով հաստատուն:

Եթե բոլոր գլխավոր շրջանառության պոմպերն (ГЦН) աշխատում են, ապա ջերմակրի ծախսը հա­ստատուն է, և հե­տևա­բար՝ ռեակտորի նեյտրոնային հզո­րու­թյան փոփոխությունն անմիջապես փոփոխում է -ն: Ռեակտորի հաստատուն հզորության դեպքում, կախված աշ­խա­տող գլխավոր շրջանառության պոմպերի թվից, -ն կլինի տարբեր: Աշ­խատող գլխավոր շրջանառության պոմպերի քանակը հակադարձ համեմատական է -ին: Ռեակ­­տորի շահագործումն իրականացնող փոր­ձառու օպերատորը, -ի արժեքից և աշ­խա­տող գլխավոր շրջանառության պոմպերի քանակից ելնելով, անմիջապես որոշում է ռեակտորի հզորությունը, իսկ ան­վանական ռեժիմում, երբ աշխատում են բոլոր գլխավոր շրջանառության պոմպերը, ռեակտորի հզորությունը հեշտությամբ որոշվում է՝ հաշվի առնելով միայն -ի արժեքը:

ՋՋԷՌ-440 ռեակտորի համար =29⁰C-ի արժեքին համապատասխանում է 100% ,

Ռեակտորի աշխատանքի ժամանակ պետք է պահպանվի համա­պատասխանություն նրա արտադրած ջերմային հզորու­թյան և այն ջերմաքանակի միջև, որն առաջին կոն­տուրից ջերմակրի միջոցով փոխանցվում է շոգե­գենե­րատոր­նե­րին: Ջերմային հաշվեկշռի խախտումն ազդում է -ի արժեքի վրա, և անցողիկ ռեժիմներում այն փոփոխվում է:

Ակտիվ գոտու հուսալի աշխատանքը կախված է ջերմության՝ միջուկային վա­ռելիքից դեպի ջերմակիր փոխանցման և ակտիվ գոտուց հեռացման պրոցեսից: Միջուկային ռեակ­տորի առանձնահատկությունն այն է, որ ակտիվ գոտում, գործնականում, հնարավոր է ստանալ ցան­կա­ցած քանակով ջերմային էներգիա և վառելիքի ցանկացած ջերմաս­տիճան: Սակայն ռեակտորի հզորությունը սահմա­նափակ­վում է ջերմանջատիչ տարրերի (ТВЭЛ), դանդաղարարի և ջերմակրի աշխատանքի պայմաններով:

Ջերմանջատիչ տարրերի  ջերմաստիճանը սահմանափակված է միջու­կային վառելիքի հալման ջեր­մաս­­տիճանով կամ այն ջերմաստի­ճանով, որի դեպքում կարող է փոխվել վառելիքի բյու­րե­ղային կառուց­վածքը: Վառելիքի ջերմաստիճանը կախված է վառելիքի և ջերմանջատիչ տարրերի ջեր­մա­­հա­ղոր­դականությունից: Ջերմանջատիչ տարրերի մակերևույթի վրա առա­ջա­­ցած տարբեր բնույթի թաղանթ­նե­րը (օրինակ՝ օքսիդները) կամ նստվածքները կարող են հանգեցնել ջերմանջատիչ տարրերի ջերմաստի­ճա­նային ռեժի­մի վատթարացմանը և շարքից դուրս գալուն:

Ռեակտորի հզորությունից կախված`ջերմանջատիչ տարրերի մակերևույթից դե­­պի ջերմակիր ջերմա­փո­խանցումը կարող է փոխան­ց­վել ջերմատվութան մի քանի ռեժիմներով.

1.        Երբ ջերմանջատիչ տարրերի մակերևույթի ջերմաստիճանը ցածր է ջերմակրի տվյալ ճնշմանը հա­մապատասխան եռման ջեր­մաս­տի­ճա­նից, ընթանում է միաֆազ հեղուկով կոն­վեկտիվ ջեր­մափոխանակություն:

2.        Երբ ջերմանջատիչ տարրերի  մակերևույթի ջերմաստիճանը բարձր է ջերմակրի տվյալ ճնշմանը համապատասխանող եռման ջերմաս­տի­ճա­նից, տեղի է ունենում մակերևութային եռում: Առաջանում է թեր­տաքացած հեղուկի բշտիկային եռում, որը հանգեցնում է ջերմակրի հոսքի խիստ մրրկացմանը և ջերմանջատիչ տարրերի մակերևույթից ջերմատվության աճին:

Ջերմանջատիչ տարրերի պատյանից ջերմության փոխանցումը ջերմակրին կարելի է ներկայացնել հետևյալ արտահայտությամբ.

 

որտեղ -ն ջերմանջատիչ տարրերի (ТВЭЛ)  պատյանից ջերմակրին փոխանցվող ջերմության քանակն է, Վտ, -ն՝ ջերմանջատիչ տարրերի մակերևույթից միջին ջերմային հոսքը,  ջերմափոխանցման մակե­րևույթը, մ ²,-ն ջերմանջատիչ տարրերի պատյանից ջեր­մակ­րին ջերմատվության գործակիցն է,  ջերմանջատիչ տարրերի պատ­­յանի արտաքին մակերևույթի ջերմաստի­ճանը, ⁰C, -ն՝ ջերմակրի ջերմաստիճանը, ⁰C :

Ջերմատվության գործակիցը, կախված ջրի արա­գու­թյու­նից, մածուցիկությունից, ջերմունակությունից և մի շարք այլ ֆի­զիկական մեծություններից, ջերմային հոսքի մեծաց­մանը զուգընթաց աճում է: Որոշակի աճի դեպ­քում առաջ եկած գոլորշու բշտիկների թիվը և, հետևաբար, գոլոր­շային ֆազով զբա­ղեցված ջերմանջատիչ տարրերի (ТВЭЛ) մակերևույթի մակերեսն աճում է: Եթե ջեր­մակրի ջերմաստիճանը դառնում է տվյալ ճնշմանը համապատասխան եռ­ման ջերմաստիճանից մեծ, ապա ջրի մակե­րևու­թային եռումը վերածվում է ծավալայինի, որի դեպքում գոլորշու բշտիկ­ները հեղուկ ծա­վալում չեն կոնդենսանում: Այդ երևույթը կոչ­վում է ծավալային եռում:

Ջերմակրի թերտաքացումը՝ մինչև տվյալ ճնշման դեպքում եռման ջեր­մաս­տի­ճա­նը՝ , կոչ­վում է մինչ ծա­վալային եռման պաշար(t_հագ-ը տվյալ ճնշման դեպքում ջրի հա­գեց­ման ջերմաստիճանն է): Ջ ջերմանջատիչ տարրերի հուսալի աշխա­տանքն ապահովվում է, եթե պահ­պան­վում է հետևյալ պայմանը`

 

 

ՋՋԷՌ-440 ռեակտորների ակտիվ գոտում (2.9) վերոհիշյալ պայմանը լիովին բա­վա­րար­վում է: Սակայն ջերմային հոսքի, ջերմակրի ծախսի և դրա զանգվածային շոգե­պա­րունակության որոշակի հարաբե­րու­թյան դեպքում եռման բշտիկային ռեժիմը կարող է փոխ­վել թաղանթայինի, երբ գոլորշային ֆազը զբաղեցնում է ջերմանջատիչ տարրերի (ТВЭЛ)  ողջ մակերևույթը: Ջերմատվության մեխա­նիզմն այս դեպքում կտրուկ փոխվում է, ջերմանջատիչ տարրերի մակերևույթի վրա առա­ջա­նում է շոգու համատարած հոծ շերտ (թաղանթ)` ջերմային մեծ դի­մադ­­րությամբ: Կոնվեկտիվ ջերմափոխանակությունը գործ­նա­կա­նո­ւմ դադարում է, և ջերմանջատիչ տարրերի հեռացված ջերմության քանակը սահ­­մանափակվում է շոգու թաղանթով ջերմա­հաղոր­դա­կա­նու­թյամբ: Այդ դեպքում ջերմանջատիչ տարրերի ջերմաստիճանը կտրուկ բարձրանում է, ինչը կարող է հանգեցնել պատյանի և վառելիքի հալմանը: Ակն­հայտ է, որ ռեակտորի շահագործման դեպքում այսպիսի ռեժի­մը, որը կոչվում է ջերմատվության ճգնա­ժամ,պետք է բա­ցառ­վի` ռեակտորի և առանձին ջերմանջատիչ հավաքածուների (ТВС) հզո­րու­­թյան համա­պատաս­խան սահմանափակմամբ:

Ջերմային այն հոսքը, որի դեպքում ջրի բշտիկային եռու­մը ջերմանջատիչ տարրերի մակերևույթի վրա անցնում է թաղանթայինի, կոչվում է ճգնա­ժա­­մային ջերմային հոսք (q_ճբ):

Նկ. 2.12-ում ցույց է տրված ջերմատվության գործակցի կախումը ջերմային հոսքի մեծությունից (հարաբերական կոորդինատներով ՝ , ):

 

 

Նկարից երևում է, որ ճգնաժամային ջերմային բեռի դեպ­քում ջերմատվությունը կտրուկ նվազում է, և ջերմանջատիչ տարրերի ջեր­մաստի­ճանը անթույլատրելիորեն բարձրանում է: Ջերմանջատիչ տարրերի (ТВЭЛ) հուսալի աշխատանքը կապահովվի, եթե առա­վե­լագույն ջերմային հոսքերը՝ q_առ չգե­րա­զանցեն ճգնաժամայիններին:

n=q_ճբ/q_առ հարաբերությունը կոչվում է միչճգնա­ժա­մա­յին ջերմային հոսքի պաշար:Ռեակտորի աշխատանքի ժամանակ մշտապես պետք է պահպանվի հետևյալ պայմանը`

ՋՋԷՌ-440 ռեակտորի ակտիվ գոտու ջերմային հաշվարկները ցույց են տվել, որ ընդունված ջերմատեխնիկական պարա­մետ­րե­րը (ճնշում, ջերմաստիճան) ապահովում են ռեակտորի հուսալի աշ­խա­տան­քը ինչպես բնականոն ռեժիմում, այնպես էլ բնականոնից հնա­րա­վոր շեղումների դեպքում:

 

Ստուգողական հարցեր

1.             Ինչպե՞ս կարելի է հաշվել ակտիվ գոտուց հեռացված ջերմաքանակը:

2.             Ին՞չ են նշանակում ճգնաժամային ջերմային բեռ և մինչճգնաժամային ջերմային բեռի պաշար հասկացությունները:

>>

 

 

2.1.4.              Ռեակտիվություն և ռեակտիվության պաշար:

Ռեակտիվության պաշարի փոփոխությունը ռեակտորի աշխատաշրջանում

Կայուն հզորությամբ ռեակտորի աշխատանքի ժա­­մանակ վառելիքում ուրանի բա­ժանման թիվը միավոր ժամանակում պահվում է հաս­տա­­տուն, նեյտրոնների հոսքը չի փոխվում, և հետևաբար՝ բազ­մաց­­ման  K_էֆ արդյունավետ գործակիցը մնում է հաստա­տուն` հա­վա­սար 1-ի (տե՛ս բաժին 1.8-ը):

Հզորությունը բարձրացնելու համար K_էֆ պետք է մեծ լինի մե­­կից, ընդ որում, K_էֆ շեղումը 1-ից, որը կոչվում է ավել­ցու­կային ռեակտիվութուն`    բնութագրում է ռեակ­տո­րի վերկրիտիկական վիճակը   Ռեժիմը, երբ    կոչ­վում է վերկրի­տի­կա­կան (այս դեպքում տեղի է ունենում շղթայական ռեակ­ցիայի ին­տենսիվության աճ): Վերկրիտիկականության չափը որո­­շում է ռեակտորի հզորության աճի արագությունը և սահ­մա­նա­փակ­­վում է նրա անվտանգ աշխատանքի պայմաններով:

Հզորության նվազման համար  պետք է մեկից փոքր լի­նի: Եթե  տար­բե­րությունը փոքր է մեկից, ապա ռեա­կ­­­­տորը գտնվում է ներկրիտիկական վիճա­կում, այսինքն`  Ռեժիմը, որում  կոչվում է ներ­կրի­տիկական (այդ դեպքում շղթայական ռեակցիան մա­­րում է):

Այսպիսով, եթե   ռեակտորը գտնվում է կրի­տիկական վիճա­կում, և ընթանում է հաստատուն ին­­տե­­­ն­սիվությամբ ինքնապահպանվող շղթայական ռեակ­ցիա: Տվյալ դեպքում ռեժիմն անվանվում է կրիտիկական:

Ռեակտորի շահագործման ժամանակ վերը նշված տեր­մին­ների փոխարեն գործնա­կա­նում օգտագործում են ռեակ­տի­վու­թյուն տերմինը: Ռեակտիվությունը երկու հաջոր­դա­կան սերունդներում առաջացած նեյտրոնների թվերի հարաբերությունն է: Եթե մեկ սերն­դում առաջացել է n_o նեյտրոն, իսկ հաջորդ սերնդում՝  , ապա ռեակտիվությունը  հա­վա­սար կլինի՝

Ռեակտիվությունը բնութագրում է կրիտիկական վի­ճա­կից ռեակտորի շեղման աստիճանը. այն կարող է լինել դրա­կան, բացասական կամ հավասարվել զրոյի: Ստա­ցիոնար ռեժիմ­ներում : Ռեակտիվությունը որոշվում է ռեակտորի հզորու­թյան փո­փո­խու­թյան արագությամբ: Ռեակտիվությունը չափողականություն չունի, այն հա­րա­բե­րա­կան մեծություն է՝

Օրինակ, եթե ռեակտիվությունը հավասար է 0,0006-ի, ապա  կամ   (եթե տվյալ ռեակտորի համար ):

Բացի չափման նշված միավորներից, օգտագործում են դոլար կամ ցենտ չափողա­կա­նու­թյունները: Մեկ  ռեակտիվությունը համարժեք է 1 դոլարին: Այդ դեպքում բերված օրի­նակի համար ռեակտիվությունը  հավասար կլինի 0,1$ կամ 10 ցենտի:

Ռեակտիվությունը ռեակտորը բնութագրող կարևորագույն մեծություններից է և ար­տացոլում է ակտիվ գոտում ընթացող միջուկային և ֆիզիկական համալիր պրոցեսները:

Ռեակտորի ռեակտիվության պաշարը շղթայական ռեակ­ցիան երկար ժա­մա­նակ պահպանելու ռեակ­տո­­­­րի հնարավորությունն է, և որոշվում է  հարաբե­րա­կան փո­փո­­­­խու­­թյամբ (1-ից գերազանցելու դեպքում), երբ նեյտրոն­նե­րի բո­լոր կլանիչ­ներն ակ­տիվ գոտուց հեռացված են: Այն որոշ­վում է հե­­­տևյալ բա­նա­ձևով`

որտեղ-ն հնարավոր առավելագույն վերկրիտիկականությունն է (առավելագույն վերկրիտիկականության չափը),  ռեակտորի արդյունավետ բազմացման գործա­կի­ցը, երբ ռեակտորից հեռացված են նեյտրոնների բոլոր կլանիչները:

Ռեակտորի աշխատանքի ընթացքում, միջուկային վառելիքի այր­ման և բաժանման բեկորների առաջացմանը զուգընթաց, վերկրի­տիկականությունը նվազում է: Ի տար­բե­րու­թյուն ռեակտի­վու­­թյանը, որը ռեակտորի աշխատաշրջանի ցանկացած պահին կա­րող է ու­նենալ տարբեր նշաններ, ինչպես նաև զրո արժեք, ռեակ­տի­վու­թյան պաշարը դրական է և ընթացքում միայն նվազում է` ձգտե­լով զրոյի: Ռեակտիվությունը և ռեակտիվության պա­շարն արտա­հայ­տվում են բացարձակ արժեքներով կամ տոկոսներով: Օրինակ` եթե ռեակ­տորի աշխատանքի սկզբից   

Եթե ռեակտորը վառելիքային աշխատաշրջանի սկզբում գտնվում է կրիտիկական վիճակում  ապա այն չի աշխատի, քանզի կարճ ժամանակահատվածում ծախ­սե­լով իր վառելանյութի մի մասը, կանցնի ներկրիտիկական ռեժիմի և կմա­րի: Այդ պատ­ճառով աշխատաշրջանի սկզբում, գործար­կու­մից առաջ, ռեակտորը բեռնավորում են վա­ռելիքի այնպիսի քանա­կով, որ այն ունենա K_էֆ >1 արժեքը, այսինքն՝ դրական ռեակ­տի­վու­թյուն  Դրան կարելի է հասնել, եթե բեռնավորված վառելիքի քանակը գերազան­ցի կրի­տիկական զանգ­վածը:

ՋՋԷՌ-440 տիպի ռեակտորներում ռեակտիվության ավել­ցու­կը փոխհատուցվում է շարժվող մեխանիկական կլանիչներով և բորաթ­թվի լուծույթով: Ժամանակի ընթացքում, միջուկային վա­ռելա­նյութի այրմանը զուգընթաց, նեյտրոնների քանակն ակտիվ գո­տում սկսում է նվազել, որը փոխհատուցվում է կարգավորող օրգան­ների ակտիվ գոտուց ար­տաբերմամբ և ռեակտորում բորաթթվի կոնցենտրացիան փոքրացնելով: Աշխատա­շրջա­նը տևում է մինչև ակտիվ գոտուց բորաթթվի և կառավարման և պաշտպանության համակարգ (СУЗ)-ի կլանիչների լրիվ դուրս բերելը: Գործ­նականում, ռեակտորի պարամետրերը փոխելով, կարելի է նվազեցնել ռեակտիվության պաշարի կորուստը, այսինքն` ստանալ լրացուցիչ ռեակտիվության պաշար անվանականի համեմատ և դրանով ռեակտորի աշխատաշրջանը երկարաձգել:

 

Ստուգողական հարցեր

1.             Ի՞նչ են նշանակում ռեակտիվություն և ռեակտիվության պաշար հասկացություն­ները, ինչո՞վ են դրանք տարբերվում:

2.             Որո՞նք են ռեակտիվության և ռեակտիվության պաշարի չափողականություն­նե­րը:

3.             Ինչպիսի՞ վիճակներում կարող է գտնվել ռեակտորը` կախված ավելցուկային ռե­ակ­տիվությունից:

   >>

 

 

2.1.5.              Միջուկային վառելիքի այրումը, խարամումը և վերարտադրությունը

Ռեակտորի աշխատանքի ժամանակ բեռնված վառելիքի քանակն անընդհատ նվա­զում է՝  -ի միջուկի բա­ժան­ման և նրա կողմից նեյտրոնների ռադիացիոն զավթ­ման հե­տևանքով: -ի նվազմանը զուգընթաց առաջանում են նաև բաժանվող վերուրա­նա­յին տարրեր: Այս պրոցեսը կոչվում է վառելիքի այրում: Այրման պրոցեսի կախվա­ծու­թյունը էներգաանջատումից գծային է:

Միջուկային վառելիքի ծախսը կարելի է որոշել հետևյալ արտահայտությամբ`

որտեղ m_այր-ը այրված -ի զանգվածն է, գ, -ը՝ վառելիքի ծախսը, գ, որը համա­պատասխանում է 1ՄՎտ ^. օր էներգաարտադրանքին (էներգաանջատմանը)՝ հաշվի առած կորուստը՝   նեյտրոնների ռադիացիոն զավթման և    բաժանման պրոցեսների հե­տևանքով, N_i-ն՝ ռեակտորի հզորությունը, ՄՎտ,    ռեակտորի աշխատած ժա­մա­նակը N_i հզորությամբ, օր:

Անվանական ռեժիմում ՋՋԷՌ-440 ռեակտորի ջերմային հզորությունը 1375 ՄՎտ է:

Երբ ռեակտորն աշխատում է հզորությամբ որոշակի ժամա­նա­կում, վառելիքի ծախսի հիմնական մասը որոշվում է -ի միջուկ­ների բաժանման քանակով (բաժանվող մի­ջուկների թվի փոք­րացումով): Այսինքն՝ էներգիայի կորուստը ռադիացիոն զավթման հետևանքով անտեսվում է: Այս դեպքում բաժանվող մի­­ջուկների զանգվածը (գ)՝ ըստ ռեակ­տորի հզո­րու­թյա­ն և աշխատած ժամանակի, կլինի.

 

  որն անհրաժեշտ է բաժանել, որպեսզի ստացվի 1ՄՎտ ^. օր  էներգիա,  -ն՝ էներգաանջատումը (ջերմանջատումը)
ՄՎտ ^. օր:

Վառելիքի () այրմանը զուգընթաց -ը նվազում է, և հետևա­բար՝ նվազում են նաև ռեակտիվությունը և ռեակտի­վու­թյան պա­շարը: Ռեակտիվության պաշարի փոփո­խու­թյունը այր­ման հետևան­քով բավականաչափ տևական պրոցես է: Այն կախված է միայն ռեակ­տորի էներգաանջատումից:

Ռեակտորի աշխատանքի ժամանակ բեռնավորված վա­ռե­լի­քի միջուկներն աստիճա­նա­բար վերանում են, և ի հայտ են գալիս նո­րերը, դրանցից են`

բաժան­վող միջուկ­ները: Վերջիններիս կուտակման պրոցեսը կոչվում է վառելիքի վե­րար­տադրություն:

Վառելիքի ճեղքման ժամանակ առաջանում են   նու­կլիդ­ներ` բաժանման ար­գա­սիքներ (մի մասը՝ որ­պես բաժանման բեկորներ, մյուս մասը` որպես արգասիքներ` բեկոր­նե­րի ռադիոակտիվ տրոհման հետևանքով):

Որոշ միջուկներ, որոնք առաջանում են ուրանի և պլուտոնիումի բաժանումից, ունեն ջերմային նեյտրոններ կլանելու մեծ կտրվածք և նեյտրոնների վնասակար կլանողներ են: Ռեակտիվության փոքրացումը վնասակար միջուկների կուտակ­ման հետևանքով կոչվում է թունավորում:

Բաժանումից առաջացած միջուկների հիմնական զանգ­վածը, որը կոչվում է խա­րամ, ու­նի ջերմային նեյտրոններ կլա­նելու համեմատաբար ոչ մեծ կտրվածք: Ռեակտորի աշ­խա­­տանքի ընթացքում, խարամների կուտակմանը զուգընթաց, ռեակ­տիվության պա­շարը նույնպես փոքրանում է: Ռեակ­տի­վու­թյան պաշարի նվազումը ջերմային նեյտ­րոն­ների՝ խարամներով կլան­ման հետևանքով, կոչվում է ռեակտորի խարամում: Խա­րամ­ների կուտակման հաշվին ռեակ­տի­վու­թյան պաշարն այնքան զգա­լիորեն չի նվազում, ինչ­պես թու­նավոր­ման ժամանակ: Կուտակված խարամի քանա­կու­թյունը հավասար է -ի միջուկների բաժանման քանակին և նույն­­պես որոշ­վում է (2.14) բա­նաձևով:

Խարամման, ինչպես նաև այրման պրոցեսները դանդաղընթաց են և կապ­­ված են միայն ռեակտորի աշխատաշրջանի հետ: Ռեակտորի շահա­­գործ­ման ընթացքում տարան­ջա­տել խարամման և այրման պրոցեսները գործնականում հնարավոր չէ:

Ակտիվ գոտու աշխատունակության կարևոր բնութագրերից է վառելիքի այր­ման խո­րությունը: Կան դրա բնութագրման մի քանի եղանակներ: Հաճախ այրման խորու­թյունը բնութագրվում է -ի այրված զանգվածի  m_այր և բեռնավորված ուրանի զանգ­վածների m_բեռ  հարաբերությամբ՝ արտա­հայտ­­ված տոկոսներով.

 

Այրման խորությունը որոշվում է նաև ռեակտորի աշխատաշրջանում նրա ար­տա­դրած ջերմային էներգիայի՝  Q_ջ և բեռ­նված ուրանի զանգվածի հարաբերությամբ`

 

-ի արժեքը բնութագրում է 1 տ ուրա­նի բաժանման արգա­սի­ք­ների կուտակման չափը, քանի որ 1 գ ուրանի բաժանումը, այսինքն՝ 1 գ արգասիքների կուտակումն ուղեկց­վում է  էներգիայի անջատմամբ:

ՋՋԷՌ-440 ռեակտորի երկու-երեք տարի աշխա­տա­շրջա­­­նում, երբ ամեն տարին մեկ կատարվում է մասնակի վերա­բեռ­նա­­վորում, այրման խորությունը հասնում է      ար­ժե­քին:

ՋՋԷՌ-440 ռեակտորի համար որպես միջուկային վառելիք օգ­տա­­­գործում են թույլ հարստացված ուրանի երկօքսիդը, որի հիմ­­քը կազ­մում է բնական ուրանը, որը պարու­նա­կում է երկու իզո­­տոպ` բաժա­նվող   Վառելիքի հարս­տաց­ման պրո­ցեսը, այսինքն՝  -իզոտոպի տոկոսային պա­րու­նակու­թյան 0,7%-ից ավելացումը, կապված է նյու­թա­­կան զգալի ծախ­սերի հետ, ուստի, ըստ ուրանի հարստաց­­ման աստի­ճանի, դրանց արժեքը զգալիորեն աճում է:

Հարստացման օպտիմալ չափը կազմում է բաժանման պրոցեսում նեյտրոնների մի մասը զավթ­ում են -ի միջուկները, և առաջանում են նոր ռա­դիո­նուկ­­­­լիդ­­­ներ, այդ թվում՝ նաև պլուտոնիումի իզոտոպներ: Առա­ջա­ցած պլու­­տոնիումը մաս­նակցում է բաժանման շղթայական ռե­ակ­­­­ցիային (նոր միջուկային վառելիք է, որը ճեղք­վում է), որի հետևա­նքով ռեակտիվության պաշարը մեծանում է:

Ռեակտորի աշխատանքի ժամանակ կուտակված պլուտո­նի­ու­­մի քանակը գնա­հա­տելու համար օգտագործում են վե­րար­տա­դ­րության գործակից (КВ) հասկա­ցու­­թյու­նը, որը հա­­­վասար է պլուտոնիումի կուտակված ատոմների և բաժանվող բո­լոր միջուկների քանակների հարաբերությանը:

Ջերմային նեյտրոններով աշխատող ռեակտորներում Վ.Գ.–ն   Դա նշանակում է, որ եթե ռեակտորը 1ՄՎտ հզորության դեպքում այն օրական սպառում է 1,24գ  ապա արտադրում է նաև 0,620գ: Վերարտադրության գոր­ծակիցը (КВ) `

 

Ժամանակակից հաշվողական և տեխնիկական մեթոդները թույլ չեն տալիս ռեակ­տորի շահագործման ժամանակ հաշվի առ­նել ռեակտիվության պաշարի փոփոխությունը այրման, խա­րամ­ման և վերարտադրություն հետևանքով: Այդ պրոցեսները ռեակ­տիվու­թյան պաշարի վրա ազդում են միաժամանակ և կախ­ված են միայն էներգաանջատումից: ՋՋԷՌ-440 ռեակտորներում այդ պրո­­ցեսների փոխհատուցման համար ընդհանուր ռեակ­տի­­վու­թյան % պաշարից առանձնացվում է  ռեակտիվու­թյուն, այսպես կոչ­ված, այր­ման ռեակտիվության պա­շար:

ՋՋԷՌ-440 ռեակտորների այրման արագությունը է մեկ արդյունավետ օրում: Ռեակտորի շահագործման ընթացքում, ելնելով փաստացի ռեակտիվության պաշարից, բորաթթվի կոնցենտրացիայից և ակտիվ գոտում ավտոմատ կարգավորում և փոխհատուցման (АРК) կասետների շարժման դիրքից, այրման արագությունն անընդհատ ճշտվում է:

Այս թեմայի վերաբերյալ հավելված 1-ում լուծված է 2 խնդիր (4.5):

>>

 

 

 

2.1.6.              Ռեակտորի թունավորումը

Ընդհանուր դրույթներ: Ռեակտորի թունավորումը ռեակ­տի­վու­թյան նվա­զումն է և հետևաբար՝ ռեկտիվության պաշարի կրճատումը՝ առաջացած ար­գա­սիք­ներով նեյտ­րոն­ների կլանվելու հետևանքով: Այդ արգասիքներն ունեն ջերմային նեյտրոններ կլանելու մեծ կտրվածք:

Ակտիվ գոտում արգասիքներն առաջանում են ինչպես ուրա­նի կամ պլուտոնիումի բա­ժանման բեկորներից, այնպես էլ բեկոր­նե­­րի ռադիոակտիվ տրոհումից: Այդպիսի ար­գա­սիքներ են  որոնք ունեն շատ մեծ՝ 2,7 ∙ 10⁺⁶ և 5 ∙ 10⁺⁴ բարն կլանման կտրվածք (1բարն= 10^-24սմ  ²):

Այդ արգասիքները, նեյտրոններ կլանելով, նվազեցնում են ռեակտորի ռեակ­տի­վու­թյան պաշարը և հետևաբար՝ հզորությունը: Ընդ որում, եթե ռեակտորը նոր չէ գործարկվել, աշխատում է հաստատուն հզորությամբ և գտնվում կրիտիկական վիճակում, ապա բա­ժանման արգասիքների կուտակման պրոցեսում կարող է անցնել ներկրիտիկական վի­ճա­կի (եթե բացակայում է կարգավորող օրգանների ազդեցությունը), և ռեակտորի հզո­րու­թյու­նը ինքնաբերաբար կարող է նվազել:

Թունավորման պրոցեսը կախված է ռեակտորի աշխատանքային ռեժիմից, ուստի ընդունված է թունավորումը դիտարկել երկու ` հաստատուն (ռեակտորն աշխատում է հաս­տատուն հզորությամբ) և փոփոխական (ռեակտորի հզորությունը փոփոխվում է) դեպքերում:

>>

 

 

2.1.7.               Ռեակտորի թունավորումը  հաստատուն

աշխատանքային ռեժիմում

Ռեակտորի աշխատանքի ժամանակ ակտիվ գոտում   առաջացման սխեման հե­տևյալն է`

 

 

Նկարից երևում է, որ  կուտակումը տեղի է ունենում ինչպես  անմի­ջական ճեղքումից 0,3% հավանականությամբ (այսինքն՝ 1000 բաժանումից առաջանում է մի­ջին թվով քսենոնի երեք միջուկ), այնպես էլ հիմնականում  ռադիոակտիվ տրոհ­ման շնորհիվ:

  առաջացման հավանականությունը բավականին մեծ է և կազմում է  իսկ կիսատրոհման պարբերությունը՝ 0,5 ր, որը շատ անգամ փոքր է   կիսատրոհման պարբերությունից (6,7 ժ): Այդ պատճառով կարելի է ընդունել, որ  առաջանում է անմիջապես  բաժանումից:

  կիսատրոհման պարբերությունը 9,2 ժ է, այ­սինքն` այն անգամ ավելի եր­կա­րակյաց է, քան   Յոդի և քսենոնի կուտակման պրոցեսը ռեակտորում նկա­րա­գրված է համապատասխան գրականությունում [3,8.6] և մա­թե­մա­տի­կորեն արտահայտ­վում է դիֆերենցիալ հավասարումների տեսքով: Տրված են նաև այդ հավասարումների անալիտիկ լուծումները, որոնք արտահայտում են յոդի և քսենոնի կոնցենտրացիաների փոփոխության օրինաչափությունները` կախված ժամանակից:

Յոդի կոնցենտրացիայի հավասարակշռության օրինա­չա­փու­թյունը, ժամանակից կախված, ունի հետևյալ տեսքը`

որտեղ -ն յոդի միջուկների հավասարակշռված կոնցենտրացիան է՝ ռեակտորի տվյալ ստացիոնար հզորության մակարդակին համապատասխան,   յոդի ռադիոակտիվ տրոհ­ման հաստատունը   ընթացիկ ժամանակը:

Ասվածից հետևում է, որ ռեակտորի ստացիոնար հզո­րությամբ աշխատանքի ընթաց­քում հաստատուն արա­գու­թյամբ, էքսպոնենցիալ օրինաչափությամբ, յոդ է կուտակվում, որի արագությունը որոշվում է յոդի կիսատրոհման պարբերությամբ.

 

Դա նշանակում է, որ յուրաքանչյուր 6,7 ժամվա ընթացքում յոդի կոնցենտրացիան կրկնապատկվում է՝ ձգտելով հավասարակշռված կոնցենտրացիային:

Ռեակտորի ստացոնար թունավորումը կախված է ռեակտորի հզորությունից: ՋՋԷՌ-440 ռեակտորի համար անվանական հզո­րու­­թյան աշխատանքի դեպքում ստացիոնար թունավորման առա­վելագույն չափը կազմում է  

Նկ. 2.14-ում ցույց է տրված ВВЭР-440 ռեակտորի ստացոնար թու­նա­վորումը

Կորից երևում է, որ որքան մեծ է հզո­րու­թյու­նը, այնքան մեծ է ստա­ցիո­նար թու­նավո­րումը: Բացասա­կան արժեքը ցույց է տալիս, որ թունավորումը բացասական ռեակտիվու­թյուն է առաջացնում և նվազեցնում է ընդհանուր ռեակտիվությունը:

Ռեակտորի էներգետիկ գործարկումից հետո, երբ այն աշխատում է հզորության պայ­մաններում, ստացիոնար թունավորումը կախված է ժամանակից և ունի հետևյալ տես­քը.

 (2.18) կախումը թույլ է տալիս գործնական նպատակներով, ցանկացած պահին, բա­վա­կանին մեծ ճշտությամբ որոշել թունավորումը  ռեակտորի աշխատանքի սկզբից մինչև ստացիոնար թունավորման հասնելը: (2.18)-ից պարզ է նաև, որ  ստա­ցիո­նար թունավորման արագությունը նույնպես որոշվում է յոդի ռադիոակտիվ տրոհ­ման հաստատունով   կամ կիսատրոհման պարբերությամբ (T=6,7 ժ):

Ռեակտորը առավելագույն թունավորման է հասնում   հետո` հզորությամբ աշխատելու պահից սկսած:

Այս թեմային հավելված 1- ում վերաբերում է խնդիր 6- ը:

>>

 

 

2.1.8.               Ռեակտորի ոչ ստացիոնար թունավորումը  Յոդային փոս

Ռեակտորի հզորությունը փոփոխելիս միջև եղած դինամիկ հավա­սա­րակշռությունը փոխվում է, և հետևաբար՝ փոխ­­վում է ռեակտորի ռեակտիվությունը: Այդ երևույթը ցայտուն կերպով դրսևորվում է հատկապես հզորության մեծ փոփո­խու­թյուն­նե­րի դեպքում, օրինակ, երբ աշխատում է վթարային պաշ­տ­պա­նիչ համակարգը (АЗ-1), շղթայական ռեակցիան դադարում է, և ռեակտորը կանգ է առնում:

Ռեակտորի կանգ առնելուց հետո կամ հզորության իջեցման դեպքում տեղի է ունե­նում քսենոնի կոնցենտրացիայի ժամանակավոր աճ, և համապատասխանաբար` ռեակ­տի­վու­թյան պաշարի նվազում: Հզո­րությունը մեծացնելուց հետո դիտվում է ճիշտ հա­կա­ռակ պրո­ցեսը, այսինքն՝ քսենոնի կոնցենտրացիան ժամա­նա­կա­վո­րա­պես նվազում է, և ռեակտիվության պա­շա­րն աճում է: Դիտարկենք նշված երևույթը մանրամասնորեն:

Ռեակտորի կանգ առնելուց հետո յոդի մուտքը դադարում է (տես նկ. 2.13), և նրա քանակը ռա­դի­ո­ակ­տիվ տրոհման հետևանքով անընդհատ նվազում է ժ կի­­սա­տրոհման պարբերությամբ: Նեյտրոնային հոսքի խտության կտրուկ անկումը հանգեցնում է   միջուկներով նեյտրոն­նե­րի զավթման դադարին, հետևապես՝ նաև քսենոնի ոչնչացման դա­դա­­րին. խարամ չի առաջանում, չի առաջանում նաև քսենոն Այսինքն՝ քսենոնի առաջացման պրոցեսն ընթանում է մեկ «խողովակով». յոդի տրոհումից առա­ջանում է քսենոն, քսենոնի տրոհումից՝ ցեզիում  Քանի որ յոդի տրոհումը (քսենոնի առաջացումը) տեղի է ունենում ավելի արագ, քան քսենոնի ծախսը (T_J =6.7 ժ, T_Xe = 9.2 ժ, կու­տա­կում­­­նե­րի քանակը որոշվում է կիսատրոհման պար­բերու­թյամբ, նկ.2.13), հետևա­բար՝ քսենոնի քանակությունը ժամա­նա­կա­վո­րապես աճում է, ռեակ­տի­վու­թյունը՝ համա­պատասխանաբար նվազում: Ժա­մանակի որոշակի պահից սկսած` յոդի քա­նակն այն­քան է նվազում, որ յոդից առաջացած քսենոնը չի կա­­րո­ղանում փոխհատուցել քսենոնի տրո­հումը, և այդ պահից՝ նրա քանակը նվազում է, հետևաբար՝ ռեակտիվության պա­­շարը մե­ծանում է:

Այս երևույթը կարելի է նմանեցնել ջրով լցված բակի ջրի մակարդակի փոփոխության պրոցեսին, երբ ջուրը մի կողմից լցվում է բաքը, մյուս կողմից թափվում: Ընդ որում, երկու խողովակներով լցվում է, մյուս երկու խողովակներով թափվում:

Հավասարակշռված վիճակում, երբ լցվող ջրի ծախսը հավասար է թափվող ջրի ծախ­սին, ջրի մակարդակը (քսենոնի կոնցենտրացիան) հաստատուն է: Երբ չորս խողո­վակ­նե­րից երկուսը, մեկը՝ լցնող ( բաժանումից անմիջապես առաջացած Xe-ը) և մյուսը՝ թափող -ից նեյտրոն կլանելու հետևանքով  խարամը), փակվում են, և մնում են մեկական լցնող և թափող խողովակներ, հավասարակշռությունը խախտվում է: Բակի մակարդակը սկզբից, ժամանակավոր, սկսում է բարձրանալ, իսկ հետո սկսում է իջնել, քանի որ թափող խողովակի տրամագիծը ավելի փոքր է (կիսատրոհման պարբերությունը մեծ է), քան լցնող խողովակի տրամագիծը (կիսատրոհման պարբերությունը փոքր է): Այսինքն՝ բաքն իներցիայով ավելի շատ ջուր է լցվում, քան թափվում: Սակայն ժամանակի ընթացքում լայն խողովակով ջրի ծախսը այնքան է փոքրանում, որ ջրի մակարդակը սկսում է նվազել: Հիշեցնենք, որ ջրի ծախսը լցնող խողովակով յոդից՝
  առաջացման, իսկ թափող խողովակի ծախսը   առաջացման նմա­նակներն են:

Նկ. 2.15-ում ներկայացված են ռեակտորում յո­դի և քսե­նոնի կոնցենտրացիաների, ռեակտորի հզորության և ռեակ­տի­վու­թյան պա­շարի ժամանակային կախումը ռեակտորի աշխա­տան­քի ընթացքում և կանգ առնելուց հետո:

 

Նկ. 2.15-ից երևում է, որ ռեակտորի կանգնելուց հետո յոդի կոնցենտրացիան ան­ընդհատ նվազում է, իսկ քսենոնի կոնցենտրացիան ժամանակավորապես աճում և հետո նույն­պես սկսում է նվազել: Քսենոնի կոնցենտրացիայի աճին համապատասխան` ռեակ­տիվության պաշարը փոքրանում է: Ռեակտիվության պաշարի կորի պրոֆիլի մի մասը  նման է փոսի և կոչվում է «յոդային փոս»: Նկարից երևում է, որ ռեակտորի կանգնեցնելուց մոտավորապես երեք օր հետո ռեակտիվության պաշարն աճում է և վերա­դառնում իր սկզբնական արժեքին, քանի որ ամբողջ յոդը և քսենոնը տրոհվում են: Այդ պրոցեսը կոչվում է ռեակտորի ապաթունավորում և սկսվում է այն պահից, երբ յոդային փո­սն ունի առավելագույն արժեքը: Առավելագույն տարբե­րու­թյունը աշ­խատող և կանգ առած ռեակտորների ռեակ­տի­վու­թյան պաշարների միջև կոչ­վում է յոդային փոսի խորություն՝

Եթե ռեակտիվության պաշարը ռեակտորի կանգնելուց առաջ փոքր է յոդային փոսի խորությունից, ապա որոշ ժա­մա­նա­կ    հնարավոր չէ ռեակտորը կրկին գործարկել: Այդ ժամանակը կոչվում է հարկադրական կանգառի ժամանակ: Ժամա­նա­կա­հատ­­վածը    որի ընթացքում դեռևս կարելի է ռեակ­տորը գործարկել, կոչվում է ռեակտորի թույլատրելի կան­գառի ժա­մանակ:

 ժամանակահատվածը, որի ընթացքում ռեակ­տիվության պաշարը դեռևս փոքր է ռեակտորի կանգառի պահին ու­նե­ցած ռեակտիվության արժեքից, կոչվում է յոդային փոսի ժամանակ:

ՋՋԷՌ-440 ռեակտորի նեյտրոնա-ֆիզիկական բնութագ­րե­րում տրվում են յոդային փոսի գրաֆիկները` կախված հզո­րու­թյու­նից (նկ.2.16):

 

Նկարից երևում է, որ որքան բարձր է հզորությունը ռեակտորի կանգնեցման պահին, այնքան փոսի խորությունը և ժամա­նակը մեծ են: Օրինակ` եթե ռեակտորի հզո­րու­թյունը 100%-ից ընկ­նում է մինչև 0 (նկ.2.16.ա.), յոդային փոսը հասնում է ամե­նա­մեծ խո­րությանը՝ -0,045 կամ -4,5%: Դա տեղի է ունենում հզո­րության անկումից մոտա­վո­րա­պես 10 ժամ հետո: Անցողիկ ռեժիմի լրիվ ժա­մանակը, պայմանավորված քսենոնի թու­նա­վո­րումով, 40…50 ժ է:

Հզորության բարձրացման դեպքում դիտվում է ռեակ­տի­վու­թյան պաշարի ժամանա­կա­վոր աճ: Օրինակ, եթե ռեակտորի հզորությունը 25 % անվանականից բարձրանում է մինչև 100% անվանական (նկ.2.16,դ), ապա ռեակ­տի­վության պաշարը ժամանակավորա­պես բարձրանում է +0,007-ով կամ +0,7%-ի չափով, այնուհետև նվազում է:

Այս թեմային վերաբերում են հավելված 1- ի խնդիր 7, 8- ը:

>>

 

 

2.1.9.               Ռեակտորի թունավորումը սամարիումով

Հաջորդ նուկլիդը, որով պայմանավորված է ռեակտորի թունավորումը, սամարիումն է՝  որը քսենոնից հետո ունի նեյտրոնների կլանման ամենամեծ կտրվածքը՝    բարն: Ռեակտորի աշխատանքի ժամանակ ակտիվ գոտում  առաջա­նում է պրոմեթեումի  ռադիոակտիվ տրոհումից, որի շղթայական ռեակցիան հետևյալն է.

 

 կայուն իզոտոպ է: Նեյտրոն կլանելուց հետո այն ձևափոխվում է  իզոտոպի (խարամի):

Շղթայական ռեակցիայից երևում է, որ սամարիումի կուտակումը ակտիվ գոտում որոշվում է երկու գործընթացով` առաջացած պրոմեթեումի ռադիոակտիվ տրոհման և միջուկների անհետացման՝ նեյտրոնների ռադիացիոն զավթ­ման հետևանքով:

Ռեակտորի թունավորումը սամարիումով նման է քսենոնի թու­նավորմանը: Դի­տարկ­վում է երկու դեպք` ստացիոնար և ոչ ստացի­ոնար թունավորում:

Ռեակտիվության նվազումը, պայմա­նավոր­ված սամարիումի հավասարակշռված կոնցենտրացիայի աճով, կոչ­վում է սամարիումով ռեակտոի ստացիոնար թու­նավորում: ՋՋԷՌ-440 ռեակտւրի համար այն  Ստացիոնար թունա­վորումը բավականին տևական պրոցես է և հավասար է   արդյունավետ օրվա:

Նկ. 2.17–ում ներկայացված է թունավորման կորի փոփոխությունը` կախված ռեակտորի աշխատանքային արդյունավետ օրերի թվից:

 

Ռեակտորի կանգ առնելուց հետո, սամարիումի առաջանալու և նեյտրոններ կլանելու հետևանքով, պրոմեթեումի նվազելու հավասարակշռությունը խախտվում է:

Կուտակված պրոմեթեումը, ռեակտորը կանգնեցնելուց հե­տո, լրիվ տրոհվում է, և առաջանում է  Կոնցենտրացիան աճում է, և ռեակտիվությունը փոքրանում է էքս­պո­նենցիալ օրեն­քով: Այս պրոցեսի հետևանքով ռեակտիվության, հետևա­բար՝ նաև ռեակ­տի­վության պաշարի փոքրացումը կոչվում է ռեակտորի ոչ ստացոնար թունավորում սամարիումով: Ռեակ­տի­վու­թյան փոփոխությունը և բնույթը, կախված ժամանակից, նման է քսե­նոնի թունավորման պրոցեսին, իսկ ռեակտիվության անկման մա­սը, որը կոչվում է «պրոմեթեումի փոս», նման է «յոդային փո­սին»:

Նկ. 2.18 – ում ներկայացված են ՋՋԷՌ-440 ռեակտորի ոչ ստացոնար թու­­նա­վորման կորերը՝ կախված արդյունավետ օրերից, երբ ռեակ­տորի ջերմային հզորությունը փոփոխվում է 100% - ից մինչև 75, 50, 10 և 0 %:

Նկարից երևում է, որ պրոմեթեումի առավելագույն փոսը ստացվում է, երբ ռեակ­տորի հզորությունը 100 % - ից ընկնում է մինչև 0: Ընդ որում` առավելագույն թունավոր­ման արժեքին՝ հասնում է մոտավորապես 15-20 օր հետո: Ռեակտորի՝ սամարիումով թունավորմանը վերաբերում են հավելված 1-ի  9-րդ և 10-րդ խնդիրները:

>>

 

 

 

2.1.10.           Ռեակտիվության ջերմաստիճանային էֆեկտը

Ռեակտորի աշխատանքի ժամանակ (հզորության պայմանում, կանգնեցման, թո­ղարկ­ման և վթարային ռեժիմներում) ակտիվ գոտու ջերմաստիճանը փոխվում է, հե­տևա­բար՝ փոխվում է նաև ակտիվ գոտին կազմող բոլոր բաղկացուցիչների (նյութերի) խտու­թյու­նը, այդ թվում՝ ջերմակիր-դանդաղարարի, վառելանյութի և այլն: Համապա­տաս­խա­նա­բար՝ փոխվում են նեյտրոնների բազմացման միջավայրի միջուկային բնութագրերը: Դա ազդում է բազմացման արդյունավետ գործակցի՝ K_էֆ –ի, հետևաբար և՝ ռեակտիվության վրա: Ջերմաստիճանից ռեակտիվության կախվածության բնույթն էապես ազդում է ռեակ­տորի կայուն աշխատանքի և անվտանգ կառավարման վրա:

Ռեակտիվության փոփոխությունը, կապված ակտիվ գոտու բոլոր բաղկացուցիչների ջերմաստիճանների փոփոխության հետ, կոչ­­վում է ռեակտիվության ջերմաստիճանային էֆեկտ՝ : Ռեակ­տո­րի շահագործման պրակտիկայում այդ էֆեկտը տարան­ջա­տում են խտու­թյան և հզորության ջերմաս­տի­ճա­նային էֆեկտների:

Խտության ջերմաստիճանային էֆեկտը պայմանավորված է ակ­տիվ գոտին կազմող նյութերի, առաջին հերթին՝ դան­դաղարարի խտության փոփոխությամբ, քանի որ բա­ժան­­վող և դանդաղեցնող նյութերը տաքանալիս ընդար­ձակ­վում են, իսկ դրանց խտու­թյունը փոքրանում է: Դա հանգեցնում է նեյ­տրոն­ների ար­տահոսքի հավանակա­նու­թյան մեծաց­մանը, այսինքն` նեյտ­րոն­նե­րի լրացուցիչ կորստին և հետևաբար՝ ռեակ­տի­վության նվազ­մա­նը:

Բացի դրանից, ջրի խտության փոփոխությունը հանգեցնում է դանդաղարարի միա­վոր ծավալում ատոմների թվի փոփոխությանը, որի հետևանքով ջրի դանդաղեցնող հատ­կու­թյունը փոխվում է (ջերմաստիճանը բարձրացնելիս դանդաղեցնող հատկությունը փոք­րա­նում է և հակառակը):

Այսպիսով` ջերմաստիճանի մեծացմանը զուգընթաց՝  փոք­­րանում է, հետևա­բար՝ փոք­րանում է ռեակ­տի­վու­թյու­նը:

Ջերմաստիճանային էֆեկտը կարող է լինել և՛ դրական, և՛ բա­ցա­­սական: Եթե ռեակ­տո­րը սառը վիճակից տաքացվում է մինչև աշխատանքային ջերմաստիճանը, և ռեակտի­վու­թյունը փոք­րա­նում է, ուրեմն ջեր­մաստիճանային էֆեկտը բացասական է, և հա­կա­ռակը, եթե ռեակ­տի­վու­թյու­նն աճում է, ապա այն դրական է:

ՋՋԷՌ-440 ռեակտորի ռեակտիվության կախումը ջեր­­­մատարի ջերմաստիճանից ներկայացված է նկ. 2.19-ում: Կորերը պատ­կե­­րում են ջերմաստիճանային էֆեկտի ազդե­ցու­թյունը ռեակտի­վու­­թյան վրա` ջերմակրում բորի տարբեր կոնցենտրացիաների դեպ­քում, ընդ որում` երեք կորերը նկարագրում են բացասական ջեր­­մաստիճանային էֆեկտը, իսկ մեկը` դրականը:

 

Նկարից երևում է, որ ռեակտիվության ջերմաստիճանային էֆեկտը մեծապես կախ­ված է ջերմակրում բորի կոնցեն­տրա­ցիայից, քանի որ բորը նեյտրոնների հիմ­նա­կան կլա­նիչն է:

Ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց ջերմակրի խտու­թյունը փոքրանում է, հետևաբար՝ փոքրանում է բորի միջուկ­ների քանակը ակտիվ գոտու միավոր ծավալում: Ակ­տիվ գոտու բոլոր բաղկացուցիչներից նեյտրոնների կլանման ամե­նա­մեծ կտրվածքն ու­նի բորը, այդ պատճառով որքան մեծ լինի բորի սկզբ­նական կոնցենտրացիան, այնքան ռե­ակ­տիվության վրա ջերմա­կրի ջերմաստիճանի բարձրացումը քիչ ազդեցություն կու­նենա, քանի որ բորն ավելի քիչ նեյտրոններ կկլան­ի: Տեղի կունենա ռեակտիվության աճ, որը կփոխհատուցի ջեր­մա­կրի խտությամբ պայմանավորված ռեակտիվության անկումը: Մեծ կոնցենտրացիայի դեպքում ջերմակրի ջերմաստիճանի աճը կարող է հանգեցնել նույնիսկ ռեակտիվության աճին (նկ. 2.19-ի առա­ջին կորը): Ռեակտիվության փոփոխությունը, որը համա­պա­տաս­խանում է միջավայրի ջերմաստիճանի մեկ աստիճան փոփոխությանը, կոչվում է ռեակտիվության ջեր­մաս­տի­ճա­նային գործակից`  Այն շատ կարևոր բնու­թա­գիր է ռեակ­տո­րում ընթացող պրո­ցեսների տեսանկյունից և որոշում է նրա աշխատանքի կայունությունը:

Ռեակտորի շահագործման պրակտիկան պահանջում է, որ ռեակ­­տիվության ջեր­մաս­­տի­ճանային գործակիցը լինի փոքր և բացա­­սական (ջերմաստիճանի մեծացման հետ ռե­ակ­­տի­վու­­թյունը պետք է նվազի և հակառակը, այսինքն` կատարի հե­տա­­դարձ կապի դեր): Այդ դեպքում ռեակտորի ստացոնար ռե­ժի­մը պահ­պանվում է կարգավորող ձողերով, և ռեակ­­տորը գտնվում է կայուն վիճակում, չնայած ոչ մեծ ջեր­մաս­տի­­­ճա­­նային տատա­նում­ներին: Միայն բացասական ջերմաս­տի­ճա­­նային գոր­ծակցի դեպքում է հնարավոր ռեակ­տորի հզո­րու­թյան ինքնա­կառավարումը:

Ինքնակառավարման պրոցեսը կա­տար­­վում է հե­տևյալ կերպ: Երբ առաջին կոնտուրի ջերմակրի մի­­ջին ջեր­մաս­տի­ճանը բարձրանում է (նկ. 2.19. ներքևի երեք կո­րերը), ռեակ­տի­վությունը նվազում է, ինչը հանգեցնում է ռեակ­տո­րի հզորության, հետևաբար՝ նաև ջերմաստիճանի անկմանը մինչև նախ­նական արժեքը: Երբ ջերմաստիճանը նվա­զում է, ռեակ­տիվությունն աճում է, որը հանգեցնում է հզորության բարձ­­րացմանը, հետևա­բար՝ նաև ջերմաստիճանի աճին` մինչև նախ­նա­­կան արժեքի վերա­կանգնումը: Այսպիսով, ինք­նա­կա­ռա­վար­ման պրոցեսում ջեր­մակրի ջերմաստիճանը տատանվում է մի­ջին ջերմաս­տիճանի արժեքի շուրջը և կայունանում է:

Ռեակտիվության փոփոխությունը ջերմաստիճանային էֆեկտի հաշվին, երբ ջեր­մաս­տիճանը փոխվում է …, և ռեակտիվության ջերմաստիճանային գործակիցը հաս­տատուն է, a_t =const որոշվում է հետևյալ բանաձևով՝

որտեղ -ն չափվում է տոկոսներով, ^- -ը ակտիվ գոտում ջերմակրի միջին ջերմաս­տիճանների տարբերությունն է՝  

Աղ. 2.1-ում բերված են ՋՋԷՌ-440-ի ռեակտորի ռեակ­տի­վության ջերմաստիճանային գործակիցների արժեքները` կախ­ված ջերմակրի ջերմաստիճանից և բորաթթվի կոնցեն­տրա­ցիայից:

Աղյուսակից երևում է, որ բացասական ջերմաստիճանային գործակցի դեպքում կա­րե­լի է իջեցնել ջերմակրի ջերմաստիճանը և ստանալ լրացուցիչ դրական ռեակտիվություն: Օրինակ, եթե ընդունենք, որ ջերմակրի ջերմաստիճանը  -ից իջել է մինչև , -ն հաստատուն է և հավասար միջին արժեքին, այսինքն՝

ապա    չա­փով լրա­ցու­ցիչ դրական ռեակ­տի­վություն կանջատվի:

Այսպիսով, բացասական ջերմաստիճանային էֆեկտը հնա­րա­վո­­րություն է տա­լիս ստա­նալ լրացուցիչ էներգա­անջա­տում, դրական ռեակ­­տի­վություն, որը կարող է օգտա­գործվել ռեակտորի աշ­խա­տաշրջանի ավարտին` էներգառեսուրսի շահագործման տևո­ղու­թյունը մեծացնելու համար:

Ռեակտորի աշխատանքի ժամանակ միշտ պետք է հաշվի առն­վի խտություն ջեր­մաս­­տի­ճանային էֆեկտի ազդդեցությունը, քանզի բորաթթվի փոքր կոնցենտրացիաների դեպ­քում ռեակ­տի­վության վրա բացա­սական ջերմաստիճանային էֆեկտի ազդեցությունը խիստ զգա­լի է: Ուստի յուրաքանչյուր գործողություն՝ կապված I և II կոնտուրների համա­կար­գերի հետ, որոնք հանգեցնում են ռեակտորի ջերմակրի ջերմաստիճանի փոփո­խու­թյանը (օրինակ՝ թարմ գոլորշու ծախսի մեծացումը, շոգեգեներատորների սնող ջրի ծախսի և ջերմաստիճանի փոփոխությունը և այլն), պետք է կատարվի միայն ռեակ­տորի օպերա­տո­րի հետ համաձայնեցված, քանի որ նա է կատարում այն գործողությունը, որը փոխհա­տու­ցում է ջերմաստիճանային ռեակտիվության էֆեկտը:

Հզորության ջերմաստիճանային էֆեկտը կամ ռեակտիվության հզո­­­րության էֆեկտը ռեակ­տի­վու­թյան փոփոխությունն է վառելիքի միջուկային բնութագրի փոփո­խության հետևանքով, երբ հզորության փոփոխությունը հանգեցնում է վառելիքի ջերմաստիճանի փոփոխությանը: Այդ երևույթը նման է ջերմաստիճանային էֆեկտին: Էությունն այն է, որ հզորության բարձրացումը հանգեցնում է վառելիքի ջերմաս­տի­ճանի աճին, որն էլ իր հերթին՝ ռեակ­տի­վու­թյան նվազմանը: Վառելիքի ջերմաստիճանի աճմանը զուգընթաց մեծանում է ²³⁸U-ի՝ նեյտրոններ կլանելու կտրվածքը: Հզորության անկումից իջնում է վառե­լիքի ջերմաստիճանը, ինչը հանգեցնում է ռեակտիվության աճին, այսինքն՝ կատարում է հետադարձ կապի դեր: Ռեակտիվության կախումը հզորությունից ամե­նաարագ գործոնն է ռեակտորի հզորության փոփո­խ­ման դեպքում:

ՋՋԷՌ-440 ռեակտորում օգտագործվող ուրանի երկօքսիդն ունի շատ վատ ջերմա­հա­ղոր­դականություն, որի պատ­ճա­ռով վառելիքի ջերմաստիճանի փոփոխությունը՝ հզորու­թյան փոփո­խության հետևանքով, շատ էական է: Այդ ռեակտորներում հզորության էֆեկտն ավելի մեծ է, քան խտության ջերմաս­տիճանային էֆեկտը:

Ռեակտիվության փոփոխությունը, որը համապա­տաս­խա­նում է միավոր հզորության փոփոխությանը, կոչվում է ռեակ­տի­­վու­թյան հզորության գործակից

-ն ունի բացասական արժեք և մեծացնում է ռեակտորի կա­յուն և անվտանգ աշ­խա­տանքը: ՋՋԷՌ-440 ռեակտորի համար նրա արժեքը հավասար է՝ a_N=-1,5 . 10^-5 1/ՄՎտ կամ -0,0015 % / ՄՎտ (1 ՄՎտ հզորությունն իջեցնելիս առաջանում է +0,0015 % դրական, իսկ նույն չափով մեծացնելիս՝ -0,0015% բա­ցա­սա­կան ռեակտի­վու­թյուն):

ՋՋԷՌ-440 ռեակտորի դեպքում հզորության էֆեկտը, խտու­թյան էֆեկտի համեմատ, պոտենցիալ ավելի մեծ ռեակտիվության պա­­շար կարող է անջատել՝ ռեակտորի հզորության իջեցման հաշ­­վին, երբ աշխատաշրջանի վերջում ռեակտիվության պա­շա­րը լրիվ ծախսվել է:

Այս թեմայի վերաբերյալ հավելված 1-ում լուծված է խնդիր 11-ը:

>>

 

 

2.1.11.           Ռեակտորի կառավարման սկզբունքը

Ինչպես արդեն նշվել է, ռեակտորի հզորությունը որոշվում է ակ­տիվ գոտում էներգա­ան­ջատմամբ, որը կախված է մեկ վայր­կյա­նում վառելիքի միջուկների բաժանման թվից և հետևաբար` ջեր­մային նեյտրոնների հոսքի խտությունից:

Ռեակտորի կառավարման հիմնական խնդիրն այն է, որ նախագծային կառա­վար­ման համակարգը պետք է ապա­­­հովի ռեակտորի բնականոն աշխատանքը ինչպես ստա­ցո­նար, այնպես էլ անցումային և վթարային ռեժիմներում:

Ռեակտորը կարգավորելիս կատարվում է ըստ մեկ պարամետրի` ջերմային նեյտ­րոն­ների հոսքի խտության, և իրագործվում է կառավարման և վթարային պաշտ­­­պա­­նության համակարգի կառավարման և պաշտպանության համակարգի (СУЗ) միջոցով:  Այդ համակարգի գործադիր օր­գանը նեյտ­րոններ կլանող մեխանիկական շարժվող ձողերն են` ավտոմատ կարգավորում և փոխհատուցման (АРК)  կասետները (տե՛ս նկ. 2.2, 2.3, 2.10) :

Նեյտրոնների խտության փոփոխությունը կախված է -ից, քանի որ այդ գործա­կի­ցը ցույց է տալիս, թե նեյտրոնների քա­նա­կը մեկ սերնդից մյուսը քանի անգամ է փոխ­վում: Այն կախված է նաև նեյտրոնների մեկ սերնդի կյանքի տևողությունից, քանի որ վեր­ջինս բնութագրում է, թե որքան արագ է մեկ սերունդը փո­խա­րի­նում մյուսին: Կախված -ից` նեյտրոնների խտությունը կա­րող է կամ աճել, կամ նվազել:

Եթե , ապա ռեակտորի ակտիվ գոտում նեյտրոնների հա­­վասարակշռությունը խախտ­վում է: Ինչպես արդեն ասվել է, -ի տարբեր ար­ժեք­նե­րի դեպքում ռեակտորը կա­­­րող է գտնվել տարբեր վիճակ­նե­րում` ներ­կրիտիկական, եթե   կրի­­­տի­կա­կան, եթե    և վերկրիտիկական, եթե

ՋՋԷՌ-440 ռեակտորի հզորության փոփոխությունը հիմնականում կատարվում է ավտոմատ կարգավորում և փոխհատուցման (АРК)  կասետները ակտիվ գոտու բարձրությամբ տեղաշարժելու միջոցով: Կասետները բարձ­րաց­նե­լիս ռեակտորի հզորությունն սկսում է աճել, իջեցնելիս` նվազել: Տեղի է ունենում անցողիկ պրոցես. փոխ­վում են ռեակտորի բոլոր պարամետրերը, և ռեակտորը կրիտի­կա­կան վիճակից անցնում է կամ վեր­կրի­տի­կա­կան, կամ ներկրի­տի­կա­կան վիճակի: Կասետների շարժումը դա­դարելուց հետո, հետադարձ կապերի շնորհիվ, անջատվում է լրա­ցուցիչ դրական կամ բացասական ռեակտիվություն, ընդ­հա­նուր ռեակ­տի­վու­թյու­նը դառնում է հավասար զրոյի, ռեակտորը վերա­դառնում է կրիտի­կա­կան վիճակին և սկսում է աշխատել նոր, հաստատուն հզո­րությամբ: Ռեակտորի հզորությունը կախ­ված է նաև առա­ջին և երկրորդ կոնտուրների պարամետրերից. դրանք կա­րող են աճել կամ նվազել:

Օրինակ` տուրբին մտնող գոլորշու ծախսի փոքրացումը, հետա­դարձ կապերի շնոր­հիվ, հանգեցնում է ռեակտորի ռեակ­տի­վու­թյան փոքրացմանը, և ռեակտորը մի կրի­տի­կական վիճակից անց­նում է մեկ այլ կրիտիկական վիճակի և սկսում է աշխատել ցածր հաս­տատուն հզորությամբ, այսինքն` կատարվում է ինք­նակարգավորման պրոցես, իհար­կե, նախկին ջեր­մա­տեխ­նի­կա­կան պարամետրերի շեղված արժեքների առկայությամբ (ակտիվ գոտու ջերմատարի ջերմաստիճանի անկումը փոքրանում է): Ռեակ­տորի հզո­րու­թյան կարգավորումը ավտոմատ կարգավորում և փոխհատուցման (АРК)  կասետներով կա­տար­վում է կամ օպերատորի կողմից, կամ ավտոմատ կառավարման համա­կար­գի միջոցով:

ՋՋԷՌ-440 ռեակտորի հզորության կարգավորման համար օգ­տա­գործվում է նաև բո­րաթթվի լուծույթով կարգավորման համակարգը, որի միջոցով առաջին կոնտուրի ջեր­մա­տարի մեջ ներածվում կամ արտածվում է բորաթթու: Բորով նեյտ­րոն­­ների կլանման հե­տևանքով  փոխվում է, և հետևաբար՝ փոխ­­վում է նաև ռեակտորի հզորությունը: Այս­պի­սով, ռեակտորի հզո­­րության կարգավորման խնդիրը հանգում է նեյտրոնների հոս­­քի կարգավորման խնդրին:

Կարգավորման համակարգերը մշակելիս կատարվում են բազ­­­մաթիվ տեսական հաշ­­վարկ­ներ` նեյտրոնային հոսքը որո­շե­լու հա­մար, այսինքն` դիտարկվում է ռեակտորի վարքը, երբ նեյտ­­րոն­­ների հավասարակշռությունը խախտվում է: Հաշ­վար­կ­նե­րը կա­տար­վում են ռեակտիվության տարբեր արժեքների դեպ­քում, և ստաց­ված արդյունքների հիման վրա նախագծվում ու իրա­­­գոր­ծ­վում է ռեակտորի կառավարման համակարգը: Այս տե­սան­­կյունից շատ կարևոր է ուսումնասիրել նեյտրոնային կի­նե­տի­­կայի հավա­սա­րումները, ո­րոնք մաթեմատիկորեն ար­տա­հայ­տում են նեյտ­րո­նային հոսքի փոփոխու­թյունը ռեակ­տո­րում` կախ­ված ռեակ­տի­վու­թյու­նից:

Հայտնի աշխատություններում [8,9] լայնորեն ուսումնասիրված են նեյտրոնային կի­նե­տիկայի հավասարումները: Սույն դասագրքում դիտարկված են նեյտ­րո­նային կի­նե­տի­կայի պարզագույն հավասարումները և դրանց հետա­զոտ­ման արդյունքները:

>>

 

 

 

2.1.12.           Նեյտրոնային կինետիկայի պարզագույն հավասարումը

Դիտարկենք ռեակտորի վարքը նեյտրոնների հա­վա­սակ­շ­ռու­թյան խախտման դեպ­քում՝ առանց հաշվի առնելու ռեակտիվության փոփո­խու­թյան պատճառը: Ըն­դու­­նենք նաև, որ ռեակտիվության փոփոխու­թյու­նը տեղի է ունե­նում ամբողջ ռեակտորի ծա­վա­լով հավա­սա­րա­չափ, և նեյտ­րո­նային հոսքի փոփոխությունը կախված է միայն ժա­մանակից, այս­ինքն` տարածական բաշխումը հաշվի չի առնվում:

Նեյտրոնների միջին թիվը (թվաքանակը) ռեակտորի միավոր ծա­­վալում նշանակենք  Նեյտրոնների թվի աճը մեկ սերնդի ընթացքում կլինի`

 

միավոր ժամանակում կունենանք`

 

որտեղ   ավելցուկային ռեակտիվությունն է,-ն՝ նեյտրոնների մեկ սերնդի կյանքի տևողությունը, վ,    ընթացիկ ժամանակը, վ:

(2.19) հավասարումը ինտեգրելով՝ կստանանք.

 

որտեղ   նեյտրոնների թիվն է միավոր ծավալում սկզբնական՝   պահին:

Նեյտրոնների խտության և հոսքի միջև կապն արտա­հայտ­վում է հետևյալ տեսքով`

 

որտեղ -ն նեյտրոնների արագությունն է, սմ/վ, -ն՝ նեյտրոնների հոսքը,  

Հաշվի առնելով (2.21) հավասարումը, (2.20)-ը կարելի է գրել հետևյալ տեսքով.

 

որտեղ -ն նեյտրոնների հոսքն է սկզբնական պահին:

(2.22) հավասարումից երևում է, որ եթե  ապա նեյտրոնների հոսքը՝  և ժամանակից կախված չի փոխվում: Այդ դեպքում ռեակտորը հաստատ գտնվում է կրիտիկական վիճակում: Եթե   նեյտրոնային հոսքն աճում է, և ռեակտորը գտնվում է վեր­կրիտիկական վիճակում: Եթե    նեյտրոնային հոսքը նվա­զում է, և ռեակտորը գտնվում է ներկրիտիկական վիճակում: Կարևոր է նշել, որ ռեակտորի կրիտիկական վիճակը չի բնու­թագրվում նեյտրոնների հոսքի բացարձակ արժեքով: Դա նշա­նակում է, որ ռեակտորը կարող է գտնվել կրիտիկական վի­ճա­կում նեյտրոնների հոսքի ցանկացած արժեքի դեպքում (կամ հզորության ցանկացած մակարդակի դեպքում):

>>

 

 

2.1.13.           Ռեակտորի պարբերությունը

Ռեակտորի պարբերությունն այն ժամանակահատվածն է, որի ընթացքում նեյտ­րոն­նե­րի խտությունը (կամ ռեակտորի հզորությունը) փոխվում է «e» անգամ: Ռեակտորի պար­բե­րու­թյունը նրա նեյտրոնային կինետիկայի վիճակը բնութագրող պա­րա­մետրերից կա­րևորագույնն է, քանզի որոշում է անցողիկ պրո­ցե­սի ա­րա­­գու­թյունը:

-ով նշանակենք ռեակտորի պարբերությունը, ապա, ըստ վերը նշված սահ­ման­ման, (2.20)-ից կարելի է ստանալ.

(2.23) արտահայտությունը տեղադրելով (2.20) բանաձևի մեջ` կստանանք.

(2.23) բանաձևից երևում է, որ ռեակտորի պարբերությունը որոշվում է նեյտրոնների մեկ սերնդի կյանքի տևողությամբ և ավելցուկային ռեակտիվությամբ: Որքան l-ը փոքր է, այնքան շղթայական ռեակցիայի արագությունը մեծ է, և հետևաբար՝ մեծ է հզորության փոփոխությունը, և փոքր՝ պարբերությունը:

Նեյտրոնների յուրաքանչյուր սերունդ ընդգրկում է արագ և ուշացող նեյտրոններ: Ուստի տարանջատում են արագ նեյտրոնների կյանքի l_ար տևողությունը ուշացող նեյտ­րոնների կյանքի l_ուշ տևողությունից:

ՋՋԷՌ-440 ռեակտորում    իսկ ուշացող բոլոր նեյտրոնների 6 խմբերի կյանքի միջին տևողությունը՝  

Այժմ որոշենք ռեակտորի պարբերությունը, հաշվի առնելով միայն արագ նեյտ­րոն­նե­րով բազ­­մացումը: Ընդունենք՝ նեյտրոնների մեկ սերնդի կյանքի տևողությունը  վ  է, որը ջերմային նեյտրոններով աշ­խա­տող ռեակտորների դեպքում դրանց կյանքի առա­վելագույն տևո­ղու­թյունն է:

Եթե ընդունենք, որ ավելցուկային ռեակտիվությունը՝   ապա ռեակտորի պարբերությունը կլինի`

Այսինքն՝ նեյտրոնների խտությունը 0,33վ-ի ընթացքում կաճի «e» անգամ:

Համաձայն (2.20) բանաձևի՝ 1 վ-ում նեյտրոնների թիվը կաճի`

 

Այս օրինակից հետևում է, որ ռեակտորի կրիտիկական վի­ճա­կից ամենաչնչին շեղումն անգամ կհանգեցնի նեյտրոնների խտության աննախադեպ աճին, ռեակտորն ակնթար­թո­րեն կընթանա դեպի թափառք՝ դառնալով անկառավարելի: Եթե իրա­­կանում այդպես լի­ներ, ապա ռեակտորի կառավարումը գործ­­նականում հնարավոր չէր լինի: Բերված օրի­նա­կում հաշվի չէին առնված ուշացող նեյտրոնները, և ենթադ­ր­վում էր, որ բազ­մացումը կատարվում է միայն արագ նեյտ­րոն­ներով: Ուշացող նեյտրոնների առ­կա­յությունը էական ազ­դեցություն է գործում ռեակտորի կինետիկայի վրա: Ռեակ­տո­րի՝ դեպի ան­­կա­ռավարելի թափառք ընթանալու հնարավորությունն էապես փոք­րանում է, և այն դառնում է կառավարելի:

>>

 

 

 

2.1.14.           Ուշացող նեյտրոնների հաշվառումը

Բաժանման պրոցեսում առաջացող նեյտրոնների լրիվ քանակի    կազ­մում են ուշացող նեյտրոնները: Դրա շնորհիվ նեյտրոնների մեկ սերնդի կյանքի միջին արդյունավետ տևողությունը՝   հավասար կլինի.

(2.23) արտահայտության համաձայն՝ ռեակտորի պարբե­րու­թյու­նը պետք է գնահատվի ոչ որպես   եթե ընդունենք, ինչպես նախկի­նում,  Դա նշանակում է, որ նեյտրոնային հոսքը  անգամ մեծացնելու համար պահանջվում է մոտավորապես 33 վ, որը բավարար է ռեակտորի բնականոն կառավարումն ապահովելու համար:

>>

 

 

2.1.15.           Նեյտրոնային կինետիկայի հավասարումները

 ուշացող նեյտրոնների մեկ միջինացված խմբի դեպքում

Նեյտրոնային կինետիկայի հավասարումները զգալի չափով պար­­զեցվում են, եթե 6 խումբ ուշացող նեյտրոնների փոխարեն դի­­տարկվում է դրանց միջինացված մեկ խումբը: Այդ դեպքում 7 դիֆերենցիալ հավասարումներից մնում են միայն եր­­կուսը, որոնք համեմատաբար հեշտ լուծվում են և՛ անա­լի­տի­կո­­րեն, և՛ թվային մեթոդներով: Այդ հա­վա­սարումներն ունեն հե­տևյալ տեսքը [4].

 

որտեղ  -ը նեյտրոնների խտությունն է ռեակտորի միավոր ծա­վա­լում, նեյտրոն/սմ³      ուշացող 6 խումբ նեյտրոնների գու­մա­րա­յին չափաբաժինը՝ 0,0064, -ն՝ ուշացող նեյտրոններ արձակող բաժանման բե­կոր­նե­րի տրոհման հաստատունը (միջին արժեքն է   ուշացող նեյտրոններ արձակող բեկորների միջին կոն­ցենտրացիան, ռեակտորի ռեակտիվությունը; -ն՝ -րդ դան­դա­ղող նեյտրոններ արձակող բեկորների տրո­հման հաստատունը,    խմբի դան­դաղող նեյտրոնների չափաբաժինը:

 (2.26) հավասարումներն արտահայտում են ռեակտորում նեյտ­­­րոնների քանակի՝ ժամանակից կախված փոփոխությունը, այ­սինքն՝ նեյտրոնների քանակի հավասարա­կշռու­թյան հա­վա­սա­րում­­­ներն են ոչ ստացիոնար ռեժիմներում, երբ : Հա­վա­սար­­ման անդամներից յուրաքանչյուրն ունի հետևյալ ֆի­զի­կա­կան իմաստը.

 -ն նեյտրոնների խտության փոփոխության արագությունն է (նեյտրոնների քա­նա­կի աճը ռեակտորում միավոր ժա­մանակում),

 -ը՝ միջուկների բաժանումից միավոր ժամանակում արագ նեյտրոնների առա­ջա­ց­­ման արագությունը (արագ նեյտրոնների քանակի փոփո­խու­թյունը), նեյտրոն/սմ³.վ,

 -ը՝ դանդաղող նեյտրոնների առաջացման արագությունը, նեյտրոն/սմ³.վ,

 -ն՝ դանդաղող նեյտրոնների նվազման արագությունը ռա­դի­ո­ակ­­տիվ տրոհման շնորհիվ, նեյտրոն/սմ³.վ,

 -ն՝ միավոր ժամանակում դանդաղող նեյտրոններ արձակող բեկորների խտու­թյան փո­փոխությունը, :

(2.26) հավասարումները հարմար է ներկայացնել հարաբերական միա­վոր­­­ների մի­ջոցով: Դրա համար առա­­­ջին հավասարման բոլոր անդամները բաժանենք -ի վրա, կստանանք.

 (2.26) համակարգի երկրորդ հավասարման մեջ տեղադրելով   

(2.28)-ը տեղադրելով (2.26) հավասարման մեջ` կստանանք.

որտեղ   ուշացող նեյտրոններ արձակող բեկորների կոնցենտրացիան է` հարա­բերական միավորներով:

Այժմ (2.26) համակարգի երկրորդ հավասարումը բաժանենք -ի, կստանանք`

 (2.28)-ից գտնենք   և տեղադրենք (2.30)-ի մեջ, կրճատումներով կստա­նանք`

Նեյտրոնային կինետիկայի հավասարումնե­րը հարաբերական միավորներով վերջնա­կանապես ընդունում են հետևյալ տեսքը:

 

Նեյտրոնային կինետիկայի հավասարումների (2.32) լուծման առանձնահատկու­թյու­նը, անալիտիկ լուծումը և լուծման օրինակները (խնդիրներ 12,13,14) դիտարկված են հավելված 1-ում:

>>

 

 

2.1.16.           Կառավարման և պաշտպանության համակարգի ֆիզիկական բնութագրերը

Ինչպես նշվել է, ՋՋԷՌ-440 ռեակտորի կառավարումը և անվ­­տանգության ապահո­վումն իրականացվում են տարբեր սկզբունքների վրա հիմնված երկու անկախ՝

1.             բորով կարգավորման համակարգի,

2.             կառավարման պաշտպանության համակարգի մեխանիկական (էլեկտրամեխա­նի­կական) օրգան­նե­րի համակարգի՝ ավտոմատ կարգավորում և փոխհատուցման (АРК)  կասետների միջոցով:

Բորով կարգավորման դեպքում հաշվի է առնվում, որ ռեակ­տիվության պաշարը կապ­­ված է վառելիքի այրման հետ, մաս­նակիորեն փոխհատուցվում է առաջին կոնտուրի ջեր­մա­կր­ի մեջ լուծված բորաթթվով՝ Ռեակտիվության պա­շա­րի ծախսին համ­ընթաց՝ բորաթթվի զանգվածային կոն­ցեն­տ­րա­ցիան նոսրացնում են և դրանով փոք­րաց­նում բորով կլանվող նեյտրոնների կո­րուստը: Ռեակտիվության արա­գության փոփո­խու­թյունը, երբ ջերմակրում փոփոխվում է բո­րի զանգվածային կոնցենտրացիան, բնութա­գրվում է, այս­պես կոչ­ված, ռեակտիվության բորային գործակցով`

 

որտեղ -ն ռեակտիվությունն է` հարաբերական միավորներով, -ը՝ ջերմակրում բորի զանգվածային կոն­ցեն­տ­րա­ցի­ան, գ/կգ:

Բորաթթվի զանգվածային կոնցենտրացիայի և բորի զան­գ­վա­ծային կոնցենտրացիայի առնչությունը հետևյալն է `

Ռեակտիվության բորային գործակիցը մեծ չափով կախված է ակ­տիվ գոտու ջեր­մա­կրի ջերմաստիճանից: Այդ կախվածության ֆի­­զիկական բացտրությունը տրված է 2.1.10 բաժնում:

ՋՋԷՌ-440 ռեակտորի -ի արժեքները, կախված ջեր­մակրի տարբեր ջերմաստի­ճաններից, տրված են աղ. 2.2-ում:

 

ՋՋԷՌ-440 ռեակտորի շահագործման պրակտիկայում առա­ջին կոնտուրի ջերմակրի հաշ­­վարկները կատարելիս օգ­տագործվում է նաև ռեակ­տի­վու­թյան բո­րաթթվի զանգվածային գործա­կից հաս­կացությունը, կգ/գ.

որտեղ -ը ջերմակրում բորաթթվի զանգվածային կոն­ցենտրացիան է, գ/կգ:

ԱԷԿ-ում վառելիքի բեռնավորման նեյտրոնա-ֆիզիկական բնու­թագրերի ալբոմնե­րում բերվում են աղ. 2.2-ը կամ 2.3-ը:

 

Ռեակտիվության ամբողջ պաշարը հնարավոր չէ փոխ­հա­տու­ցել միայն հեղուկ կլա­նի­չով (բորաթթվով), քանի որ ռեակ­տո­րում ընթացող որոշակի պրոցեսներ պահանջում են ռեակ­տի­վու­թյան արագ փոխհատուցում կամ արձակում: Օրինակ, վթարների դեպքում ռեակ­տորն արագ կանգնեցնելիս, երբ անհրաժեշտ է ~1020 վ-ում հզորությունն իջեցնել մին­­չև զրո, ռեակտիվության պաշարի այդ մասը փոխ­հա­տուց­վում է շարժվող մեխանիկա­կան օրգանների համակարգով` ավտոմատ կարգավորում և փոխհատուցման (АРК) կա­­սետ­­ներով: Վեջիններիս արդյունավետությունը կախված է նրանից, թե ակ­­տիվ գոտու որ մասում են դրանք գտնվում: Որքան նեյտ­րոն­նե­րի հոսքի խտությունը մեծ է, այնքան նեյտրոնների կլանիչն արդյունավետ է: ավտոմատ կարգավորում և փոխհատուցման (АРК)  կասետ­ների 1 սմ տեղաշարժի արդյունավետությունը՝ ըստ ակտիվ գոտու բարձրության, փոփո­խա­կան մեծություն է:

Ռեակտորի գործարկման հաշվարկների և այլ խնդիրների լուծման հա­մար ան­հրա­ժեշտ է իմանալ, թե ինչպես է կասետների խմբի դիր­քը կախ­ված ռեակտիվության պա­շարից: Այդ կապը որոշվում է ԱԿՓ (АРК)  կասետների դիֆերենցիալ և ինտե­գ­րալ արդ­յու­­նա­­վետ բնու­թագ­րե­րով:

Դիֆերենցիալ արդյունավետությունը՝   բնութագրվում է ԱԿՓ (АРК) կասետ­նե­րի խմբի միավոր երկարության արդյունավետությամբ (ներմուծված ռեակտիվությամբ)՝ կախ­ված ակտիվ գոտում դրանց դիր­քից: Այստեղ -ը կասետների խմբի բարձ­րու­թյունն է ակ­տիվ գոտում, -ն՝ ներմուծված ռեակտի­վությունը, -ը՝ ակտիվ գո­տու բարձ­րու­թյունը:

Կասետների խմբի ինտեգրալ արդյունավետության բնութագիրը՝  նկա­­րա­գրում է ռեակտիվության կախումը ակտիվ գո­­տու բարձրությունից, երբ խումբը տե­ղա­շարժվում է ակտիվ գո­­տու ամբողջ բարձրությամբ: Խմբի ինտեգրալ արդյունա­վե­տու­թյունը համապատասխանում է այն ռեակտիվությանը, որն արձակվում է, երբ խումբը ակ­տիվ գոտու ամենաստորին դիրքից բարձ­րաց­վում է ամենավերին դիր­­քը, կամ, որ նույնն է, ռեակտիվությանը, որը կլանվում է, երբ խումբն իջեցվում է ամե­նա­վեր­ին դիրքից մինչև վերջ: Հետևապես՝

որտեղ  H_վեր-ը և H_ստորին-ը կասետների խմբի դիրքն է (բարձ­րու­թյու­նը) ակտիվ գոտու ամենավերին և ամենաստորին մասերում, այ­սինքն՝ (H_վեր – H_ստորին) -ը՝ ակտիվ գոտու բարձրությունը:

ՋՋԷՌ-440 ռեակտորների աշխատաշրջանի սկզբում ավտոմատ կարգավորում և փոխհատուցման (АРК)  բոլոր խմբերի կա­սետների ինտեգրալ արդյունավետությունը՝    հավասար է %-ի, երբ ջերմակրի ջերմա­ստիճանը`  (սառը վիճակ), և 23%-ի, երբ :

Երբ  խմբերի արդյունավետությունն աճում է, և ռեակտիվությունը համա­պա­տա­ս­­խանաբար 15,3% է,  և 23,4% ՝  դեպքերում:

ԱԿՓ (АРК)  բոլոր խմբերի կասետները վթարային ռեժիմների դեպքում ապահովում են բացասական ռեակտիվության մուտքը՝ վայր­կյանում % արագությամբ, և ռեակ­տի­վու­թյան արձակումը՝ վայրկյանում ոչ ավելի, քան 0,03% արա­գությամբ՝ ռեակտորի հզորության բարձրացման դեպքում (երբ բոլոր խմբերը 2 արագությամբ բարձրացվում են վեր):

Աավտոմատ կարգավորում և փոխհատուցման (АРК)  աշխատող խմբի (կարգավորող կասետների) բնու­թա­գի­րը որոշվում է, երբ մնացած բոլոր խմբերը գտնվում են ամե­նա­վերին մասում: Նկ. 2.20-ում ներկայացված է ՋՋԷՌ-440-ի ռեակտորի կարգավորող 6-րդ խմբի (7 կասետների) ինտեգրալ բնութագիրը: Նկարից երևում է, որ խմբի արդյունավետությունը, երբ մյուս բոլոր խմբերը բացակայում են ակտիվ գոտուց (բարձրացված են մինչև վերջ), կազմում է 1,93%:

Նշենք, որ բոլոր 6 խմբի (37 կասետների) գումարային արդյունավետությունը հա­վա­սար չէ առանձին խմբերի արդյունավետությունների գումարին:

Կառավարման և պաշտպանական համակարգին վերաբերող խնդիրները՝ 15,16,  լուծված են հավելված 1-ում:

 

Ստուգողական հարցեր

1.             Ո՞ր համակարգերով է իրականացվում ռեակ­տո­րի կառավարումը:

2.             Ի՞նչ են նշանակում ռեակտիվության բորային գործակից և ռեակ­տի­վության բորաթթվի զանգվածային գործակից հասկացությունները:

3.             Ի՞նչ առնչությամբ են կապված բորաթթվի զանգ­վա­ծային և բորի զանգվածային կոն­ցեն­տ­րա­ցիաները:

4.             Ի՞նչ է նկարագրում կառավարման և պաշտպանության համակարգերի( СУЗ) կասետների խմբի ին­տեգ­րալ արդյունավետությունը:

5.             Ո՞րն է կառավարման և պաշտպանության համակարգի (СУЗ) կասետների դիֆերենցիալ արդյունավետու­թյու­ը:

>>

 

 

2.1.17.           Բորաթթվի կոնցենտրացիայի հաշվարկը ռեակտորի փոփոխական աշխատանքային ռեժիմների դեպքում

Բորաթթվի կոնցենտրացիան առաջին կոնտուրի ջեր­մա­կ­րի մեջ նոսրացնելու համար ռեակտորի օպերատորը լրաս­նման պոմպերի (ПН) միջոցով մաքուր ջուր է մղում առաջին կոն­տուր, իսկ կոնցենտրացիան բարձրացնելու համար, հակառակը՝ բորաթթվի կոնցենտրիկ լուծույթ: Առա­ջին կոնտուրի ջերմակրի մակարդակը ճնշման փոխհա­տու­ցի­չում հաս­տա­տուն պահելու նպատակով օպեատորը լրասնմանը զուգը­նթաց կազմակերպում է արտա­փչում՝ լրասնման քանակին հավասար, այսինքն` առաջին կոնտուրի ջրի զանգվածը պա­հում է հաստատուն` փոխելով միայն որակը:

Ռեակտորը շահագործելիս հաճախ օպե­րա­տո­րին անհրաժեշտ է իմանալ, թե որքան ժամանակում բո­րաթթվի կոնցենտրացիան առաջին կոնտուրում կփոխվի տրված արժեքից մինչև պահանջվող արժեքը: Այդ խնդիրն առա­ջա­նում է հատկապես ռեակտորի գործարկ­ման ընթացքում, երբ անհ­րաժեշտ է գնահատել այդ ժամանակը:

Բորաթթվի կոնցենտրացիայի փոփոխությունը, կախված ժամա­նակից, մաթեմա­տի­կո­րեն արտահայտվում է I կոնտուրում կոնցե­նտրացիայի հաշվեկշռի հետևյալ դիֆերենցիալ հավասարմամբ [3].

որտեղ    I  կոնտուրում բորաթթվի կոնցենտրացիաներն են հա­մա­պատասխանաբար՝ կախված ժամանակից և ստացոնար ռեժի­մում, գ/կգ, -ը՝ բորաթթվի կոն­ցեն­տրացիան լրասնման ջրում, գ/կգ , -ն՝ արտափչման ջրի ծախսը I կոնտուրից, տ/ժ, - ը՝ I կոնտուրի ջրի զանգվածը, տ, -ն՝ I կոնտուրը սնող ջրի կամ սնող պոմպերի աշխատանքի ժամանակը (ընթացիկ ժա­մանակը), ժ:

(2.34) արտահայտությունը մաթեմատիկորեն նկարագրում է I կոնտուրում բորա­թթվի կոնցենտրացիայի փոփոխությունը` կախված լրասնման պոմպերի (ПН)  աշխա­տա­ժա­մերից , երբ կոնտուրը լրասնվում է կոնցենտրիկ բորաթթվի լուծույթով կամ մաքուր ջրով:

Երբ լրասնումը կատարվում է մաքուր ջրով , (2.34)-ը պարզեցվում է`

Եթե I կոնտուրի ջերմակրում բորաթթվի կոն­ցեն­տ­րա­ցիան  (I կոնտու­րում մաքուր ջուր է), ապա (2.34) հա­վա­սարումը կգրվի հետևյալ տեսքով`

Բորաթթվի կոնցենտրացիայի հաշվարկի հավասարումներն օգտագործվել են հա­վելված 1-ում գործնական խնդիրների (17, 18) լուծման համար:

>>

 

 

 

2.1.18.           Ռեակտորի ջերմային հզորության հաշվարկը

Ռեակտորի անվտանգ շահագործման և ջերմանջատիչ տարր (ТВЭЛ) հուսալի աշխատանքի գնա­հա­տ­ման կարևորագույն բնութագրիչներից է ռեակտորի ջերմային հզորությունը, որն անհրա­ժեշտ է ճշգրտորեն որոշել ռեակտորի շահագործման ցանկացած պահին: ՋՋԷՌ-440 էներ­գա­բլոկների համար նախագծով նա­խա­տեսված չեն ջերմային հզորության հաստիքային չափիչ սարքեր:

Օպերատիվ անձնակազմը ռեակտորի ջերմային հզորությունը արագորեն և մո­տա­վոր կերպով որոշում է՝ ելնելով տվյալ պահին առկա նեյտրոնային հզորությունից, որի մե­ծու­­թյու­նը գրանցվում է նեյտրոնային հոսքի չափիչ սարքերով կամ ակտիվ գոտում ջեր­մա­կրի ջերմաստիճանի անկման t արժեքից, ընդունելով, որ ակտիվ գոտով անցնող ջեր­մա­կրի ծախսը հաստատուն է: Հիշեցնենք, որ նեյտրոնային հոսքի չափիչ սարքերի տվիչներն են իոնացնող խցիկները, որոնք գտնվում են ռեակտորի իրանից դուրս: Ռեակ­տորի ջեր­մա­յին հզորությունը ուղիղ համեմատական է նեյտրոնային հզորությանը կամ ակտիվ գոտում ջերմաստիճանային անկմանը: Սակայն ուղիղ համեմատականության այդ գործա­կից­ները հաստատուն չեն, և ռեակտորի հզորությունը գնահատվում է մոտավոր ճշտու­թյամբ: Այդ գործակիցների փոփոխության պատճառները բազմազան են, որոնցից են, օրի­նակ, իոնաց­նող խցիկների գրանցվող ցուցմունքների ճշգրտության աստիճանի նվա­զու­մը՝ կախված ժամանակից (մաշվածությունը), ավտոմատ կարգավորում և փոխհատուցման (АРК) կասետների և խցիկների փոխա­դարձ դիր­քը, ակտիվ գոտում ջերմակրի ծախսի փոփոխական լինելը՝ կախված ջերմաստի­ճա­նից, ցանցի հաճա­խականությունը և այլն:

Էներգաբլոկի էլեկտրական հզորության և ռեակտորի ջերմային հզորության ուղիղ հա­մե­մատականության հաշվարկը նույնպես ճիշտ արդյունքներ չի տալիս (այն ևս մոտա­վոր է), քանի որ էներգաբլոկի օ.գ.գ.-ն հաստատուն չէ և կարող է փոխվել՝ կախված բազ­մա­թիվ գործոններից, օրինակ` շրջանառու ջրի ջերմաստիճանից, կոնդենսատորի նվազման մա­­կե­րևույթի խողովակների աղտոտվածության աստիճանից և այլն: Այդ պատճառով ռեակ­տորի ջերմային հզորությունը որոշվում է առաջին կամ երկրորդ կոնտուրների ջեր­մա­տեխ­նիկական պարամետրերի տվյալների հիման վրա, ինչն ապահովում է ~ 2% ճշտություն:

Ջերմային հզորությունը որոշվում է հաշվարկային եղանակով՝ օգտագործելով ջեր­մա­յին հաշվեկշռի հավասարումները [3,10]: Այդ մեթոդիկան և հավասարումները ծրա­գրված են էներգաբլոկի տեղեկատվական-հաշվողական համակարգում, և ցանկացած պա­հին օպերատորը կարող է օգտվել ու տեսնել ռեակտորի ջերմային հզորության արժեքը:

Այնուամենայնիվ, օպերատորը հերթափոխի ընթացքում առնվազն մեկ անգամ հաշ­վում է ռեակտորի ջերմային հզորությունը, ինչը նրա պարտականությունների ցանկում է:

Ռեակտորի ջերմային հզորությունը հաշվելու համար օգտագործում են երեք եղա­նակ.

1. Հաշվարկը կատարվում է ըստ առաջին կոնտուրի պարամետրերի: Առաջին կոն­տուրի համար ջերմային հաշվեկշռի հավասարումն ունի հետևյալ տեսքը.

 

որտեղ N-ը ռեակտորի հզորությունն է, ՄՎտ, գործակից, որով հնարավոր է ստանալ N-ի արժեքը ՄՎտ-երով, C_P- ն՝ առաջին կոնտուրի ջերմակրի տեսակարար ջեր­մա­կայունությունը, որը որոշվում է ըստ ջերմակրի միջին ջերմաստիճանի և ճնշման, կկալ/կգ   ջերմակրի խտությունը, որը նույնպես որոշվում է ըստ ջերմակրի միջին ջերմաստիճանի և ճնշման, կգ/մ ³;-ը՝ ակտիվ գոտում ջերմաստիճանային անկումը՝ ջերմատարի ելքի և մուտքի ջերմաստիճանների տարբերությունըi-րդ օղակում ջերմակրի ծավալային ծախսը, մ ³/ժ; n- ը՝ աշխատող օղակների քանակը:

Ջերմակրի ծախսը առաջին կոնտուրի i-երորդ օղակով, երբ տվյալ օղակում գլխավոր շրջանառության պոմպ (ГЦН) աշխատանքի մեջ է, որոշվում է գլխավոր շրջանառության պոմպերի էջքա-ծախսային   բնութագրից, որը տրված է լինում գործարանային ձևաթերթերում: Օպերատորը, չափիչ սարքով գրանցելով   արժեքը բնութագրից (գրաֆիկից,տես նկ.2.30), գտնում է - ն: (2.37) բանաձևում հաշվի չեն առնված գլխավոր շրջանառության պոմպերի ներմուծած հզորությունը և արտափչման հետ կապված հզորության կորուստը: Վերլուծությունը ցույց է տվել, որ դրանք հավասար են  և 3 ՄՎտ  հզորության:

2. Հաշվարկը կատարվում է ըստ երկրորդ կոնտուրի սնող ջրի պարամետրերի: Երկրորդ կոնտուրի ջերմային հաշվեկշռի հավասարումն ունի հետևյալ տեսքը.

 

Որտեղ  սնող ջրի ծախսն է առաջին տուրբինի ԲՃՏ-ից հետո առաջին կիսա­կոլեկ­տոր­ներից դեպի շոգեգեներատորներ, մ³/ժ,  սնող ջրի ծախսը երկրորդ տուրբինի ԲՃՏ-ից հետո երկրորդ կիսակոլեկտորներից դեպի շոգեգեներատորներ (,  մ³/ժ,–ը՝ գլխավոր շոգետարում թարմ շո­գու էնթալպիան, Կկալ/կգ, ,   սնող ջրի էնթալպիան համապատասխանաբար առաջին և երկրորդ կիսակոլեկտորներից դեպի շոգեգեներատորներ ,  Կկալ/կգ,   սնող ջրի խտությունը առաջին և երկրորդ կիսակոլեկտորներում, կգ/մ³ :

Նշենք, որ (2.38) բանաձևում պետք է հաշվի առնվեն գլխավոր շրջանառության պոմպերի (ГЦН) ներմուծած հզորու­թյու­նը  և  շոգեգեներատորներից  ջերմային կորուստները  ինչը կապված է արտափչման հետ: Հաշվարկների արդյունքից պետք է հանվի  արժեքը և գումարվի    արժեքը:

3. Հաշվարկը կատարվում է ըստ երկրորդ կոնտուրի թարմ շոգու պարամետրերի: Երկրորդ կոնտուրի ջերմային հաշվեկշռի հավասարումն ունի հետևյալ տեսքը.

Որտեղ շոգեգեներատորներից դուրս եկող թարմ շոգու ծախսն է,շոգե­գե­ներատորից դուրս եկող շոգու էնթալպիան, Կկալ/կգ,  շոգեգեներատորներ տրվող սնող ջրի էնթալպիան, Կկալ/կգ:

(2.39) հավասարման արդյունքներն ապահովում են ամենացածր ճշտություն, քանի որ գոլորշու ծախսի չափման ճշգրտությունը փոքր է, և այս մեթոդը գրեթե չի կիրառվում:

Ռեակտորի հզորության հաշվարկի օրինակ (խնդիր 19) բերված է հավելված 1-ում:

>>

 

 

2.1.19.           Ռեակտորի մնացորդային ջերմանջատման հաշվարկը

Ցանկացած միջուկային ռեակտորում, մի քանի րոպե կանգառից հետո, ջերմային հզո­րության հիմնական աղբյուրը բաժանման բե­կոր­ների՝ տևական ժամանակ ռադիոակտիվ տրոհումից առաջացած  ճառա­գայ­թումն է: Ռեակտորի կանգառից հետո ռադիոակ­տիվ տրոհման հաշ­վին առաջացած ջերմային էներգիան ընդունված է անվանել մնա­ցոր­դային ջերմանջատում:

Առաջին մի քանի վայրկյանի ընթացքում, նախքան անջատումը, մնացորդային ջեր­ման­ջատման հզորությունը կազմում է ռեակ­տորի զարգացրած հզորության ~6...7% -ը: Ռադիոակտիվ տրոհ­­մանը զուգընթաց մնացորդային ջերմանջատումը ժամա­նա­կի ընթաց­քում նվազում է: Մնացորդային ջերմանջատման հզորությունը հաշվելու հա­մար օգտա­գոր­ծում են Վիգների և Վեյի էմպիրիկ բանաձևը [2,3,4].

որտեղ - ն ռեակտորի մնացորդային ջերմանջատման հզո­րու­թյուն­ն է կանգնելուց հե­տո, ՄՎտ, -ը՝ ռեակտորի ջերմային հզորությունը կանգնելուց առաջ, ՄՎտ,-ը՝ ռեակ­­տորի անցած ժամանակը կանգնելուց հետո, օր, -ն՝ ռեակտորի աշխատած ժա­մա­նակը մինչև կանգնելը, օր:

 ( 2.40) բանաձևով հավելված 1-ում լուծված է խնդիր 20-ը:

>>

 

 

2.2.   ՇՈԳԵԳԵՆԵՐԱՏՈՐԻ ԿԱՌՈՒՑՎԱԾՔԸ ԵՎ ԱՇԽԱՏԱՆՔԱՅԻՆ ԲՆՈՒԹԱԳԻՐԸ

ՋՋԷՌ-440 և ՋՋԷՌ-1000 ռեակտորներով ռեակտորային տեղակայանքներում կիրառ­վում են աշխատող մարմնի բնական շրջանառությամբ շոգեգեներատորներ: Շոգեգենե­րա­տորներում առաջին կոնտուրի ջուրը, ջերմությունը հաղորդելով երկրորդ կոնտուրի ջրին, հովանում է, և այդ ջերմության հաշվին երկրորդ կոնտուրի ջուրը տաքանում է մինչև եռ­ման ջերմաստիճան ու գոլորշիանում: ՋՋԷՌ-440 ռեակտորի շրջանառության վեց օղակ­նե­րից յուրաքանչյուրում տեղադրվում է մեկական շոգեգեներատոր:

Նկ. 2.21-ում ներկայացված է ՀԱԷԿ-ի առաջին կոնտուրի 4-րդ շրջանառության օղակի տեխ­նոլոգիական սխեման: Ցույց են տրված վերահսկվող պարամետրերն իրենց արժեքներով՝ ճնշումը՝ շոգեգեներատորներում  P=46,6կգ/սմ, շոգու արտադրողականությունը շոգեգեներատորներից   գնացող շոգեխողովակում՝ Q=376,8 տ/ժ, ջերմաստիճանը՝ T=257,5⁰C, ակտիվությունը՝  շոգեգեներատոր  մտնող սնող ջրի ծախսը՝ G=379,5մ³/ժ, ջերմաստիճանը՝ T=215,5 ⁰C, կաթ­սա­յա­կան ջրի ընդ­հանուր մակարդակը՝ H_обш=1808մմ, կարգավորվող մակարդակը՝ H_рег=-160մմ, ռեակ­­տո­րից եկող ջերմակրի ջերմաստիճանը՝ T=291,1⁰C,  շոգեգեներատորի իրանի ջերմաստիճանները վերին մա­սում՝ 249,7⁰C, 251,9⁰C, 248,7⁰C, 235,6⁰C և ստորին մասում՝ 243,9⁰C: Ցույց են տրված նաև արմատուրները՝ բաց և փակ վիճակերում:

Ռեակտորն աշխատում է 92% հզո­րությամբ (շոգեգեներատորների, գլխավոր շրջանառության պոմպի (ГЦН) և մյուս օժանդակ սար­քա­վորումների նկարագրությունը տրված է հաջորդ՝ 2.4 բաժնում):

 

ՋՋԷՌ-440 ռեակտորներով էներգաբլոկների շոգեգեներատորները հորիզոնական միա­­իրան երկկոնտուրային ջերմափոխանակության ապարատներ են՝ ջեր­մա­փոխանա­կության խորասուզված մակերևույթով (խողովակափնջով), ներդրված զատիչային տեղա­կա­յան­քով և աշխատող մարմնի բնական շրջանառությամբ:

Շոգեգեներատորներում արտաքին տեսքը կտրվածքով պատկերված է նկ. 2.22-ում:

Նկարում երևում են  շոգեգեներատորների ջերմակրի մուտքի և ելքի կոլեկտորները, ինչպես նաև տուր­բին գնացող թարմ գոլորշու ելքը: Շոգեգեներատորների  երկարությունը   տրամագիծը՝  

Շոգեգեներատորների կառուցվածքը ցույց է տրված նկ. 2.23-ում: Այն կազմված է հե­տևյալ հիմնական հանգույցներից. հորիզոնական թմբուկի տեսքով 22K ածխածնային պողպատից պատրաստված իրանից՝ 1, որն ունի առաջին կոնտուրի ջերմակրի մուտքի և ելքի ուղղա­ձիգ խողովակային կոլեկտորներ՝ 2, որոնց ամրացված են 08X18H10T աուս­տե­նի­տային չժան­գոտվող պողպատից պատրաստված 16x1,4 մմ տրամագծով U-աձև խո­ղո­վակներ՝ 5, որոնք կազմում են երկու հորիզոնական միջանցքային խողովակափնջեր: Շոգեգեներատորների միջխողո­վակային տարածությունում, որտեղով շարժվում է կոնտուրի ջերմակիրը, տեղի է ունենում երկրորդ կոնտուրի ջրի (շոգեջրային խառնուրդի) բնական շրջանառությունը:

Երկրորդ կոնտուրի խողովակները, ջրի նկատմամբ բարձր հերմետիկության ապա­հովելու համար, մանրակրկիտ գրտնակվում են, իսկ կողաճակատները՝ շրջաեռակցվում: Ուղղաձիգ կոլեկտորների վերին մասում կա կցաշուրթային անջատատեղ, որով կարելի է դիտել գրտնակված և շրջաեռակցված մասերը և, անհրաժեշտության դեպքում, խցափակել ոչ հերմետիկ խողովակները: Առաջին կոնտուրի ջերմակիրը շոգեգեներատորների   ուղղաձիգ կոլեկտոր է մտնում ներքևից: Շոգեգեներատորների վերին մասում շոգու հեռացման համար դասավորված են հինգ կար­ճախողովակներ, որոնք միավորվում են հորիզոնական շոգեկոլեկտորով՝ 11:

Շոգեգեներատորների      հորիզոնական հարմարադասավորումն ապահովում է գոլոր­շիաց­ման մեծ մակերես, որը հեշտացնում է շոգուց խոնավության զատումը, իսկ աշխատող մարմ­նի բնական շրջանառությունը բարձրացնում է տեղակայանքի աշխատաքի հու­սա­լիու­թյունը, չնայած հանգեցնում է շոգեգեներատորների     որոշակի չափերով մեծացման:

 

Շոգեգեներատորներում   շոգու զատումն իրականացվում է երկու հաջորդական փուլերով` գրավի­տա­ցիոն՝ շոգեծավալում շոգու նստվածքային զատում, հետագայում՝ շերտա­փեղ­կային զա­տում: Շերտափեղկային զատիչը՝ 9 անցքավոր թերթերով շերտափեղկերի փաթեթների հա­­վա­քածու է: Երկրորդ կոնտուրի սնող ջուրը շոգեգեներատորներ է մատուցվում բաշխիչ կոլեկտորով՝  խո­­ղովակափնջի՝ 8 տաք կողմից, ինչը հնարավորություն է տալիս հավասարեցնելու գո­լոր­­շիաց­ման հայելու շոգեբեռնվածությունը:

Այսպիսով, շոգեգեներատորի ջերմատեխնիկական սխեման իրականացված է առանց գերտա­քա­ցուցչի և ջրային էկոնոմայզերի: Վերջինիս բացակայությունը փոքրացնում է շոգեգեներատորի արժեքը և գաբարիտային չափերը: Սնող ջրի տաքացումը՝ մինչև շոգեգեներատորներում եղած ճնշմանը համապա­տաս­խանող հագեցման ջերմաստիճանը՝ t_հ.ջ, տեղի է ունենում գոլորշիացման գոտում շո­գու որոշ քանակությամբ կոնդենսացման հետևանքով:

Շոգեգեներատորներում    ջրի քիմիական ռեժիմի պահպանման համար նախատեսված են անընդհատ և պար­բերական փչամաքրումներ՝ 20,21: Այդ նպատակով շոգեգեներատորի    իրանի ներքևի մասում` խո­­ղո­վակափնջի տակ, կա արտափչման ջրի հեռացման կոլեկտոր՝ 19: Շոգեգեներա­տոր­ներն ունեն անհրաժեշտ խողովակապտուկներ` նախատեսված հսկիչ-չափիչ սարքերի իմպուլ­սային խողովակների համար՝ 23: Առաջին կոնտուրի խողովակների շոգեգեներատորների կոլեկ­տոր­ներում ամ­րակցման կիպության հսկումը՝ 17 իրականացվում է ըստ փչամաքրման ջրի և արտա­դրվող շոգու ակտիվության: Ակտիվության անգամ չնչին աճի դեպքում շոգե­գե­ներատորն անջատվում է, հովացվում և վերանորոգվում: Արատավոր խողովակների փնտրումը և դրանց եռակցումը կամ խցանումն իրականացվում են հեռակառավարման հանգույց ունե­ցող հատուկ մեքենայով:

Շոգեգեներատորի կարգավորման համակարգը պահպանում է սնող ջրի հաս­տա­տուն մա­կարդակը և գեներատորի սեղմակների վրա էլեկտրական հզորության արտադրո­ղա­կանության համապատասխանությունը:

Կաթսայական ջրի մակարդակը կարգավորվում է եռաիմպուլս կարգավորիչի մի­ջո­ցով (РУПГ), որը կարևորագույն կարգավորիչներից մեկն է ՋՋԷՌ-440 տիպի էներգաբլոկ­նե­րում: Կարգավորիչը տվիչներից ստանում է երեք (սնող ջրի ծախսի, շոգու ծախսի, ջրի մակարդակի) ազդանշան և որոշակի ալգորիթմով բարձր խողովակաշարից կարգավորում է ջրի մակարդակը՝ պահպանելով ջրի անվանական մակարդակը՝ 157 սմ: Սնող ջրի ծախսը չափվում է մ ³/ժ-ով, իսկ շոգու ծախսը՝ տ/ժ-ով:

Մակարդակի կարգավորիչը հարկադրաբար փակվում է, երբ ջրի մակարդակը (H_ПГ) անվանականից բարձրանում է +75մմ, բացվում է և սկսում կարգավորել, երբ մակարդակն անվանականից իջնում է +75մմ : Երբ ջրի մակարդակը (H_ПГ) անվանականից բարձրանում է +125մմ-ով, սնող ջրի փականը (ВП-9) լրիվ փակվում է: Բացվում է, երբ ջրի մակարդակն անվանականից իջնում է +100մմ: Երբ մակարդակն անվանականից փոփոխվում է ±50մմ-ով, տրվում է նախազգուշացման ազդանշան: Երբ ջրի մակարդակը անվանականից բարձ­րանում է +200մմ-ով, գլխավոր շրջանառության պոմպն (ГЦН) անջատվում է, +300 մմ-ով բարձրանալիս տուրբիններն անջատվում են:

Յուրաքանչյուր շոգեգեներատոր  վրա տեղակայված են իմպուլսային ճնշման երկու ապահովիչ փա­կաններ՝ ПК-А4, ПК-Б4, որոնք նախատեսված են շոգեգեներատորը բարձր ճնշումներից պաշտ­պա­նելու համար: Առաջին փականը՝ ПК-А4 աշխատում է, երբ ճնշումը շոգեգեներատորում        55,6կգ/սմ   ²  է, իսկ երկրորդը՝ ПК-Б4, երբ 56,7կգ/սմ ² է: Փակվում են, երբ 52,7կգ/սմ ² և 54կգ/սմ ² է:

Յուրաքանչյուր ապահովիչ փականի (ПК) ծախսը բաց վիճակում ~250տ/ժ է: Շոգեգեներատորից գնա­ցող շոգեխողովակի վրա դրված է 24П-1 արագագործ փակիչ փականը: Այն 5 վրկ-ում փակվում է, երբ շոգեգեներատորում  ճնշումն իջնում է մինչև 35կգ/սմ ² , և գլխավոր շրջանառության պոմպի (ГЦН) և շոգեգեներատորի,  ճնշումների տարբերությունը՝   դառնում է մեծ 5կգ/սմ ²- ից, այսինքն, երբ տեղի է ունենում ՇԳԿ-ի պատռում: Շոգեգեներատորի կոլեկտորներից օդահեռացման համար նախատեսված է խողովակագիծ դեպի բար­բո­տա­ժա­յին բաքում (ББ), որի վրա դրված է  փականը:

Շոգեգեներատորներն ամրացվում են չորս կախոցների վրա, որոնք կազմում են հո­դակապային համակարգ` բաղկացած շինության առաստաղին ամրացված ժապավենից, հո­դա­կապերի համակարգից, կարգավորող սարքավորումներից և ստորին հե­նարան­նե­րից: Կախոցների երկարությունը կարգավորվում է ձգասարքով:

Շոգեգեներատորի  ջերմատեխնիկական և կառուցվածքային հիմնական բնութագրերը տրված են աղ. 2.4-ում: Կառուցվածքային բնութագրերն ավելի մանրամասն տրված են հավելված 1-ում (նկ.հ1.11): Դրանք կարող են օգտագործվել շոգեգեներատորի    և ընդհանրապես էներգաբլոկի դի­նա­միկ ռեժիմների հաշվարկները կատարելիս:

>>

 

2.3.   ՃՆՇՄԱՆ ՓՈԽՀԱՏՈՒՑՄԱՆ ՀԱՄԱԿԱՐԳԸ ԵՎ ՍԱՐՔԱՎՈՐՈՒՄՆԵՐԻ ԿԱՌՈՒՑՎԱԾՔԸ

 

Ճնշման (ծավալի) փոխհատուցման համակարգը ծառայում է առաջին կոնտուրում ճնշում ստեղծելու, ռեակտորի բնականոն շահագործման ժամանակ այդտեղ ճնշումը հաս­տա­տուն պահելու և ջերմաստիճանային փոփոխությամբ պայմանավորված՝ ճնշման փո­փո­խությունը կարգավորելու համար: Առաջին կոնտուրում ճնշումը հաստատուն պա­հելը շատ կարևոր է, քանի որ ճնշման` չափից ավելի փոք­րա­ցումը կարող է հանգեցնել ջեր­մակրի եռմանը, եռման ճգնաժամի առաջ գալուն և ջերմանջատիչ տարրերի (ТВЭЛ) շարքից դուրս գալուն, իսկ ան­վանականից բարձր ճնշման աճը, ըստ առաջին կոն­տուրի սարքավորումների ամ­րու­թյան պայմանի, անթույլատրելի է: Բացի այդ, ճնշման տա­տանումները բացասաբար են ազ­դում ռեակտորի աշխատանքի կայունության վրա:

ՀԱԷԿ-ի երկրորդ էներգաբլոկի առաջին կոնտուրում ճնշման փոխհատուցման համակարգի սկզբունքային սխեման ներկայացված է նկ. 2.24-ում:

Նկարում պատկերված են ճնշման փոխհատուցիչը և բարբոտաժային բաքը (ББ), ապա­հո­վիչ կափույրները՝  արմատուրները, խողո­վա­կա­գծերը և վերահսկվող պարամետրերը, որոնց արժեքները համապատասխանում են էներ­գաբլոկի 92% աշխատանքային հզորությանը:

Վերահսկվում են հետևյալ պարամետրերը` ճնշման փոխհատուցիչում (КД) ջրի մակարդակը՝ H=3055մմ, մա­կար­դակի փոփոխությունը՝ և գոլորշու՝  ջեր­մաս­տի­ճանները, ճնշումը՝  ճնշման փոխհատուցիչն առաջին կոնտուրի տաք գծին միացնող խո­ղո­վակագծերում ջրի ջերմաստիճանները՝ T=265⁰C,, T=266⁰C, առաջին կոնտուրի սառը և տաք խողովակագծերի ջերմաստիճանները՝ T=264,1 ⁰C, T=290,8⁰C, ճնշման փոխհատուցիչի իրանի մետաղի ջեր­մաս­տիճանները, բար­բո­տա­ժա­յին բաքում (ББ)  Ճնշումը՝ P=1,6կգ/սմ  ², ջրի մակարդակը՝ H=1178մմ  և ջերմաստի­ճա­նը՝ T=40,9⁰C, ինչպես նաև ապահովիչ կափույրները բար­բո­տա­ժա­յին բաքին (ББ)  միացնող խողովակագծի միջավայրի ջերմաստիճանը՝ T=44,5⁰C:

Հիշենք, կարմիր գույնը նշանակում է՝ արմատուրը բաց է, իսկ կանաչը` փակ է:

Համակարգի հիմնական սարքավորումը ճնշման փոխհատուցիչն (ճնշման փոխհատուցիչ) է, որը պեռ­լի­տա­յին պողպատից պատրաստված, ներքին մակերևույթները աուստենիտային չժան­գոտ­վող պողպատով մակապատված, ուղղաձիգ դասավորված բարձր ճնշման անոթ է: Նկ. 2.25-ում պատկերված է ճնշման փոխհատուցիչի (КД) արտաքին տեսքը:

ՋՋԷՌ-440 ռեակտորի ճնշման փոխհատուցիչի հիմնական տեխնիկական բնութագրերը հետևյալն են. աշխատանքային ճնշումը՝ 12,5ՄՊա, աշխատանքային ջերմաստիճանը՝ 325⁰C, հաշվար­կային հիդրոփորձարկման ճնշումը՝ 14,0 ՄՊա, իսկ հիդրոփորձարկման ճնշումը՝ 17,5 ՄՊա, շոգու ծավալը անվանական ռեժիմում՝ 16մ ³, չոր փոխհատուցչի զանգվածը՝ 130տ, է­լեկտրատաքացուցիչների ընդհանուր հզորությունը՝ 1620 ԿՎտ, գաբարիտային չափերը՝ բարձ­րությունը՝ 11մ, ամենամեծ տրամագիծը՝ 3,5մ:

Նկ. 2.26-ում ներկայացված են ՋՋԷՌ-440 ռեակտորով էներգաբլոկի ճնշման փոխհատուցիչի (КД)  կառուց­վածքը և չափերը մմ-ով: Աշխատանքային վիճակում ճնշման փոխհատուցիչ (КД) ճնշման փոխհատուցիչն մինչև անվանական մակար­դա­կը (5120 մմ հատակից) լցվում է ջրով, իսկ այդ մակարդակից վերև` շոգիով, որը ջրի հետ թեր­մոդինամիկորեն հավասարակշռված վիճակում է: Հագեցման ջերմաստիճանը որոշ­վում է ըստ գլխավոր շրջանառության կոնտուրում ջերմակրի ճնշման:

Տաքացումը, գոլորշիացումը և ճնշման ստեղծումն իրականացվում են ճնշման փոխ­հա­տուցչի ներսում տեղադրված էլեկտրական տաքացուցիչների աշխատանքի շնորհիվ, ո­րոնց ընդհանուր հզորությունը 1620 ԿՎտ է: Դրանք միավորված են 108 հավաքածուներում, որոնցից յուրաքանչյուրի հզորությունը 15ԿՎտ է: Էլեկտրատաքացուցիչների կառավա­րումն իրականացվում է օպերատորի կողմից կամ ճնշման ավտոմատ կարգավորիչով: Էներգաբլոկի բնականոն աշխատանքի ընթացքում դրանք ավտոմատ միանում են, երբ առաջին կոնտուրում ճնշումն ընկնում է, և անջատվում են, երբ ճնշումը բարձրանում է:

Էլեկտրական տաքացուցիչները բաժանվում են երեք խմբի` 1. գործարկման, 2. կար­գա­վորող, 3. աշխատանքային: Բնականոն աշխատանքի դեպքում գործարկման և կարգա­վորող տաքացուցիչներն անջատված են, իսկ աշխատանքայինները՝ միացված և ճնշումը ճնշման փոխհատուցիչում (КД) պահում են հաստատուն: Երբ առաջին կոնտուրում ճնշումն ընկնում է մինչև 122կգ/սմ ² , կարգավորող տաքացուցիչները միանում են, և    ճնշումը բարձ­րա­նում է 1կգ/սմ ² –ով: Անջատվում են, երբ ճնշումը բարձրանում է մինչև 126կգ/սմ ²: Երբ առա­ջին կոնտուրում ճնշումն իջնում է մինչև 120կգ/սմ ² , միանում են նաև գործարկման տաքա­ցուցիչները, և անջատվում են, երբ ճնշումը բարձրանում է մինչև 124կգ/սմ ²:

Աշխատանքային տաքացուցիչներն անջատվում են, երբ առաջին կոնտուրում ճնշումը բարձրանում է մինչև 128կգ/սմ ² և իջնում 1կգ/սմ ²-ով: Միանում են, երբ օպե­րա­­տորը ձեռքով միացնում է: Ծավալի վերին շոգեմասում գտնվում է հագեցման ջեր­մաս­տի­ճանից ցածր ջերմաստիճան ունեցող ջերմակրի ներցայտման կոլեկտորը, որը խողո­վակագծով միացված է առաջին կոնտուրի սառը գծին (տե՛ս նկ. 2.24): Շոգեծավալում սառը ջրի ներցայտումը հնարավորություն է տալիս կոնդենսացնելու շոգու մի մասը, ինչ­պես և առաջացնում է դրական խոտորումներ, այսինքն` ջերմակրի՝ փոխհատուցիչ մուտ­քի դեպ­քում սահմանափակելու ճնշման բարձրացումը, օպերատիվ կերպով կառա­վա­րելու ճնշման փոփոխությունը, օրինակ, ռեակտորի հովացման դեպքում: Եթե ներ­ցայտման համա­կարգի աշխատանքային կամ դրա խափանման դեպքերում ճնշումը շա­րու­նակում է ա­ճել և հասնում է սահմանային արժեքին, ապա իրականացվում է շոգու արտանետում բարբոտաժային բաք՝ վթարային արտահոսման խողովակի և ապահովիչ սարքավո­րում­նե­րի միջոցով:

 

Ջերմակրի՝ ճնշման փոխհատուցչից առաջին կոնտուր արտահոսման, այսինքն` բա­ցա­սական խոտորումների դեպքում շոգեծավալում շոգու ընդարձակումը դանդաղում է՝ մինչ հագեցման ջերմաստիճանը տաքացած ջրի եռալու և շոգու լրացուցիչ քա­նա­կության առաջացման արդյունքում: Էլեկտրական տաքացուցիչների ավտոմատ միանալը դանդա­ղեց­նում է ճնշման նվազումը անցողիկ ռեժիմում և հետագայում հանգեցնում է դրա անվա­նական արժեքի վերականգնմանը:

Էներգաբլոկի՝ շահագործման բոլոր բնականոն ռեժիմներով աշխատելու պայման­նե­րում ճնշման փոխհատուցման համակարգը կանխարգելում է ճնշման նվազման դեպքում առաջին կոնտուրի ամենատաք մասերում ջերմակրի եռալը և ճնշման բարձրացման դեպ­քում ապահովիչ կափույրների աշխատանքը:

Ճնշման կարգավորիչի ներքևի` ջրով լցված մասը, 200մմ տրամագծով երկու խողո­վա­կա­գծով միացված է գլխավոր շրջանառության կոնտուրի չանջատվող տաք գծի առաջին օղակին (տես նկ. 2.24): Խողովակների միջոցով առաջին կոնտուրի ջերմաստիճանային տատանումներից առաջացած ջերմակրի ծավալային ընդարձակումները կամ սեղմվա­ծու­թյունը ջրի հոսք են ապահովում առաջին կոնտուրի և ճնշման փոխհատուցիչի (КД) միջև, և ջրի ծավալը առաջին կոն­տուրում մնում է հաստատուն, իսկ ճնշման փոխհատուցիչում փոխվում է: Այսինքն՝ ճնշման փոխհատուցիչով են կա­տար­վում ծավալային փոփոխությունները: Ակնհայտ է, որ այդպիսի փոփոխությունների դեպ­քում ջրի մակարդակը ճնշման փոխհատուցիչում փոփոխվում է, քանի որ առաջին կոնտուրից ջուրը կամ բարձ­րանում է ճնշման փոխհատուցիչ (КД), կամ այդտեղից անցնում է առաջին կոնտուր: Այսպես, եթե առաջին կոն­տուրում ջերմակրի ջերմաստիճանը բարձրանում է 1⁰C-ով, ապա ճնշման փոխհատուցիչում ջրի մա­կար­դակը բարձրանում է   եթե նվազում է 1⁰C-ով, ապա իջնում է 10սմ-ով:

Ճնշման փոխհատուցիչի վերին շոգեմասը 100մմ տրամագծով խողովակագծով միացված է շրջանա­ռու­թյան երկրորդ օղակի սառը գծի չանջատվող մասին (տես նկ. 2.24): Խողովակագծի վրա տեղադրված են 2P-22, 2P-3A փականները և 2P-3 ներցայտման կափույրը: Էներգաբլոկի բնականոն աշխատանքի ժամանակ 2P-22 և 2P-3A փականները բաց են, իսկ 2P-3-ը՝ փակ:

2P-3A փականի  միջով առաջին կոնտուրի սառը գծից, չնչին ծախսով   ան­ընդ­հատ ջուր է ներցայտում ճնշման փոխհատուցիչ (КД): Ներցայտման ծախսը փոքր է, քանի որ 2P-3A փա­կանից հե­տո դրված է 2.8մմ տրամագծով տափօղակ: Ջրի ծախսը սառը գծից դեպի ճնշման փոխհատուցիչ (КД) ապա­հով­վում է գլխավոր շրջանառության պոմպի (ГЦН) զարգացրած 4կգ/սմ ² էջքի հաշվին:

Ներցայտման ջրի միջոցով ճնշման փոխհատուցիչում ջուրը խառնվում է առաջին կոնտուրի ջերմա­կրին, և նրանց միջև բորի կոնցենտրացիաների տարբերությունը նվազում է:

Բացի դրանից, 2P-3A-ից մինչև 2P-22 խողովակագծի հատվածը միշտ մնում է տաք վի­ճակում, չի սառչում, այլապես 2P-3-ը բացելու ժամանակ, ջերմաստիճանային մեծ անկ­ման պատճառով, կարող է վնասվել:

2P-3 կափույրը նախատեսված է ճնշման փոխհատուցիչում ճնշումն արագ իջեցնելու համար: Անհրա­ժեշ­­տության դեպքում օպերատորը զգուշությամբ, հսկելով կափույրի բացվածության չա­փը, ձեռքով բացում է այն, և ճնշումն արագ իջնում է: Նշենք, որ կափույրի արդյունա­վե­տու­­թյունն այնքան մեծ է, որ նույնիսկ շատ չնչին բացվածքի դեպքում էլ ճնշումը կտրուկ ընկ­նում է: Ուստի օպերատորն այդ գործողությունը կատարում է ծայրահեղ անհրա­ժեշ­տության դեպքում և շատ զգույշ: 2P-3 կափույրն օգտագործվում է նաև գոր­ծարկման ռե­ժիմներում՝ առաջին կոնտուրի ջերմակիրը և ճնշման փոխհատուցիչի ջուրը խառնելու համար:

Ճնշման փոխհատուցչի վերևի մասի ջերմակրի վթարային արտահոսման խողո­վա­կին, որի տրամագիծը 100մմ է, զուգահեռ միացված են թվով 2 ապահովիչ կափույրները՝ 2 , P17-2/А, 2P17-2/Б և , 2P17-1/ А , 2P17-1/ Б (տես նկ. 2.24): Հենց որ դրանք բացվում են, ար­տանետվող շոգին 150մմ  խողովակագծով լցվում է բար­բո­տա­ժա­յին բաքը (ББ):

Ապահովիչ կափույրները տանդեմ տիպի են, որոնցից յուրաքանչյուրը կազմված է գլխա­վոր 2P17-1/А, 2P17-2/ А և պաշտպանիչ 2P17-1/Б, 2P17-2/Б փականներից: Նկ. 2.27-ում ներկայացված է տանդեմ տիպի կափույրի աշխատանքի սկզբունքը: Պաշտ­պա­նիչ կա­փույ­րի կառուցվածքը ներկայացված է հավելված 1-ի նկ.հ1.12-ում:

 

Կափույրի աշխատանքի սկզբունքը հետևյալն է: Առաջին՝ բնականոն աշխատան­քա­յին դիրքում գլխավոր կափույրը փակ է, պաշտպանիչ կափույրը՝ բաց: Երկրորդ դիրքում, երբ ճնշումը՝ P_I առաջին կոնտուրում բարձրանում է «վերևի» դրվածքից ավելի մեծ կամ հավասար  գլխավոր կափույրը բացվում է, և գոլորշին արտահոսում է բար­բո­տա­ժա­յին բաք (ББ): Երրորդ դիրքում, երբ ճնշումն առաջին կոնտուրում իջնում է մինչև «ներքևի» դրվածքը  գլխավոր կափույրը փակվում է: Չորրորդ դիրքում, գլխավոր կափույրի խա­փանվելու դեպքում, պաշտպանիչ կափույրը փակվում է՝ սկսած իր դրվածքային արժեքից  Այսպիսով, պաշտպանիչ կափույրը ապահովիչի դեր է կատարում, և նրա մերժի հավանականությունը ձգտում է նվազագույնի: Նշենք, որ ԱՄՆ-ում, Թրի-Մայլ-Այլենդ ԱԷԿ-ում վթարը (1979թ.) տեղի է ունեցել հենց այն պատճառով, որ ապահովիչ կափույրը բացվել և չի փակվել: Այնտեղ կիրառված էին հին, ավելի պարզ տիպի ապա­հո­վիչ կափույրներ: Իսկ տանդեմ տիպի կափույրները, որոնք մշակվել են վերջերս, բավա­կա­նա­չափ հուսալի են:

Երկրորդ ապահովիչ կափույրի 2P-17-2/А, 2P17-2/Б աշխատանքը նման է առաջինին, այն տարբերությամբ միայն, որ գլխավոր կափույրը բացվում է, երբ ճնշումը բարձրանում է մինչև  Նշենք, որ երբ գլխավոր կափույրը լրիվ բաց է, գոլորշու ծախսը նրա միջով կազմում է 108տ/ժ, իսկ ջրային ռեժիմում՝  

Առաջին կոնտուրի գործարկման ռեժիմում, սկզբնական ճնշում ստեղծելու համար, օգտագործվում է ազոտ, որը ճնշման փոխհատուցիչ (КД) տրվում է համակայանային ազոտի համակարգից՝ բա­ցե­լով 2P-21 և 2А-5 փականները (տե՛ս նկ. 2.24): ճնշման փոխհատուցիչում ազոտից գոլորշու անցնելու համար բացում են 2P-5А, 2P-5, 2P-4 փականները, և շոգեգազային խառնուրդը լցվում է բար­բո­տա­ժա­յին բաքում (ББ):

Բարբոտաժային բաքն ներկայացնում է հորիզոնական հարմարադասավորված մետաղյա գլանաձև փակ անոթ, որի երկարությունը 5,4մ  է, տրամագիծը՝ 2մ  և չոր վիճակում կշռում է   

Բարբոտաժային բաք ի կոնստրուկտիվ կառուցվածքը բերված է հավելված 1-ի նկ. հ.1.13- ում:

ԲԲ-ն ծառայում է առաջին կոնտուրի գործարկման ժամանակ ճնշման փոխհատուցիչից շոգեգազային խառնուրդ, իսկ ապահովիչ կափույրների բացման դեպքում` շոգի (ջուր) ընդունելուն: Գո­լոր­շին բարբոտաժային բաք (ББ) մտնում է նրա հատակում տեղադրված երկու կոլեկտորների միջով, որոնց վերևի մասում մոնտաժված է միջանկյալ կոնտուրի ջրով հովացվող խողովակաշարը` իր մուտքի ու ելքի կոլեկտորներով:

Բարբոտաժային բաքը լցվում է մաքուր կոնդենսատով՝    բարձրությամբ, որը ծածկում է միջանկ­յալ կոնտուրի ջերմափոխանակության խողովակաշարը: Ջերմափոխանակության մակե­րեսը 12,5մ ² է, հովացնող ջրի ծախսը՝ մինչև 30մ ³/ժ: Մաքուր կոնդենսատի գծի վրա տե­ղա­դրված է 2K-23 փականը, իսկ ցամաքուրդի խողովակաշարի գծերի վրա՝ 2P-36 և 2P-37 փականները:

Բար­բո­տա­ժա­յին բաքում (ББ)  վերին մասը 2P-19 փականի միջոցով միացված է հատուկ գազամաքրման հա­մակարգին՝ միջանկյալ գազերը հեռացնելու և նոսրացում ստեղծելու համար (նկ. 2.24-ում բարբոտաժային բաքի ճնշումը՝ P=1,6կգ/սմ ^{2 ,} իրականը չէ, այնտեղ  սնդիկի սյան նոսրացում է, իսկ այդ ճնշումը չափիչ սարքի ստատիկ ճնշումն է): Երբ ճնշումը բարբոտաժային բաքում բարձրանում է մինչև 1,2 կգ/սմ ² , 2P-19 փականը փակվում է:

Բարբոտաժային բաքի խողովակագծին միացված են նաև Շոգեգեներատորների առաջին կոնտուրի կոլեկտորները, որոնց խողովակագծերին դրված են փականները: Դրանք նախատեսված են կոլեկտորներից օդը հեռացնելու համար:

Բարբոտաժային բաք (ББ) իրանը վնասվելուց պաշտպանելու նպատակով տեղադրված են պայթա­պաշտ­պան մեմբրաններ, որոնք պատռվում են բարբոտաժային բաքում  վթարային ճնշման բարձրացման դեպքում: Դրանք աշխատում են, երբ բարբոտաժային բաքի բաքում ճնշումը բարձրանում է 5կգ/սմ  ²-ից:

>>

 

2.4.   ԳԼԽԱՎՈՐ ՇՐՋԱՆԱՌՈՒԹՅԱՆ ՊՈՄՊԵՐԻ ԿԱՌՈՒՑՎԱԾՔԸ ԵՎ ԲՆՈՒԹԱԳՐԵՐԸ

 Առաջին կոնտուրում ջերմակրի շարժումն ապահովվում է գլխավոր շրջանառու պոմ­պերի (ГЦН) միջոցով, որոնք ԱԷԿ-ների կարևորագույն ագրեգատներից են, քանի որ ա­պա­հովում են ռեակտորի ակտիվ գոտու ջերմանջատող հավաքվածքներից բնականոն ջեր­մա­հեռացումը:Գլխավոր շրջանառության պոմպերի (ГЦН) անխափան և հուսալի աշխատանքով է պայմանավորված ԱԷԿ-ի էներգաբլոկի անխափան աշխատանքը: Գլխավոր շրջանառության պոմպերը պատրաստման առումով թանկ են, շահագործման առումով` բարդ: Ջերմակրի ճառագայթաակտիվությունը, բարձր ջեր­մաս­տի­ճանը և ճնշումը պայմանավորում են գլխավոր շրջանառության պոմպերի կառուցվածքին և հուսալիությանը ներ­կա­յացվող հատուկ պահանջները: Դրանք են. 1. բարձր հուսալիությունը, քանի որ աշ­խատող ռեակտորի դեպքում ջերմակրի շրջանառության դադարելը հանգեցնում է ակտիվ գոտուց ջերմահեռացման կտրուկ նվազմանը և հետևաբար՝ ջերմանջատող տարրերի զանգվա­ծա­բար շարքից դուրս գալուն, 2. ջերմակրի հոսակորուստների բացա­կայությունը կամ դրանք նվա­զագույն, հսկելի մակարդակի հասցնելը, քանի որ մղվող միջավայրը ճա­ռագայ­թա­ակ­տիվ է, այստեղից պահանջը` վերանորոգման պարզություն և հեռա­կա­ռա­վար­ման հնարա­վորություն, 3. շահագործման ընթացքում այն տարրերի արագ ապա­մոն­տաժման հնարա­վո­րությունը, որոնցում հնարավոր է վնասվածքների առաջ գալը, 4. վերա­նո­րոգման ժամա­նակ ճառագայթաակտիվության փոքրացման նպատակով արագ լվաց­ման և ակտիվա­զերծ­ման հնարավորությունը, այսինքն՝ նեղ ճաքերի և փակուղային խոռոչ­ների բացա­կա­յություն, 5. պոմպի հաղորդակի անակնկալ հոսանքազրկման դեպքում թա­փա­շարժի մեծ ժամանակը, որը հեշտացնում է ռեակտորի ակտիվ գոտու հովացումը:

Նկ. 2.21-ում պատկերված է նաև գլխավոր շրջանառու պոմ­պերի (ГЦН) հանգույցի տեխնոլոգիական սխեման, որում երևում են 4-րդ գլխավոր շրջանառության պոմպերն (ГЦН), ավտոնոմ պոմպը, հիդրոցիկլոնը, միջանկյալ կոնտուրով հովաց­վող սարքավորումները՝ ջերմափոխանակիչների տեսքով, արմատուրները և հսկվող պա­րա­մետրերը:

Դիտարկենք գլխավոր շրջանառու պոմ­պերի (ГЦН) կառուցվածքը՝ միաժամանակ զուգահեռ անդրադառնալով տեխ­նո­լոգիական սխեմային և հսկվող պարամետրերին:

Ջրա-ջրային ռեակտորներով ԱԷԿ-ներում օգտագործվում են երկու տիպի գլխավոր շրջանառության պոմպեր (ГЦН) ՝ կենտրոնախույս` հերմետիկ (անխցուկային) և լիսեռի հիդրոմեխանիկական կիպացմամբ ու լիսեռի վրա տեղադրված թափանվով:

Հերմետիկ պոմպերը չունեն թափանիվ, և ներկայումս դրանք փոխարինվում են թա­փանիվ ունեցող, դուրս բերված էլեկտրաշարժիչով գլխավոր շրջանառության պոմպերով: ՀԱԷԿ-ում բոլոր պոմպերը փոխարինված են գլխավոր շրջանառության պոմպ-317 մակնիշի թափանիվ ունեցող պոմպերով և արդեն երկար տա­րի­ներ հաջողությամբ շահագործվում են: Նկ. 2.28-ում և 2.29-ում բերված են գլխավոր շրջանառության պոմպ -317-ի արտաքին տեսքը և սխեմատիկական կտրվածքը:

Պոմպերի կառուցվածքը շարժի­չով, գաբարիտային չափերը և օժանդակ սարքա­վո­րումների խողովակագծերը ցույց են տրված հավելված 1-ի նկ.հ1.14 և հ1.15-ում:

 

 

Գլխավոր շրջանառության պոմպ-317-ը լիսեռի հիդրոմեխանիկական կիպացմամբ բարձակային աշխատան­քա­յին անվով, դուրս բերված էլեկտրաշարժիչով և պոմպի բնականոն աշխատանքն ապա­հովող օժանդակ համակարգերով ուղղաձիգ, կենտրոնախույս միաստիճանային պոմպ է, որի բարձրությունը շարժիչով 9,3մ  է, քաշը՝  

Պոմպի որմնային կրող կոնստրուկցիան եռակցված հենաթաթային շրջանակն է, (տե՛ս հավելված 1-ի նկ.հ.1.14, հ.1.15), որը հենվում է երեք գնդային հենարանների վրա՝ 6, ինչը հնա­րավորություն է տալիս առաջին կոնտուրի խողովակագծերի ջերմաստիճանային ըն­դարձակման՝ պոմպի տեղափոխվելու շնորհիվ: Պոմպի հիմնական հանգույցները ներ­կա­յաց­ված են նկ. 2.28 և 2.29-ում:

Աշխատանքային անիվը կոշտ ամրացված է լիսեռին, որը պտտվում է առանց­քա­կալային հանգույցներում՝ 7,9,21: Պոմպի լիսեռը կցորդիչով միացվում է էլեկտրաշարժիչին: Ներքևի շառավղային առանցքակալը՝ 7 հովացվում է ինքնավար կոնտուրի ջրով: Գլխավոր շրջանառության պոմպի (ГЦН)   աշխատանքի ընթացքում ինքնավար կոնտուրի ջրի շրջանառությունն ապահովվում է օժանդակ անվով, իսկ գլխավոր շրջանառության պոմպի (ГЦН) կանգնած ժամանակ՝ օժանդակ ինքնավար պոմպով (տե՛ս նկ. 2.21), որն աշխատում է էլեկտրաշարժիչով: Օժանդակ անիվը առաջին կոնտուրի ջուրը (ջերմակիրը) վերցնում մղում է ինքնավար կոնտուրի սառնարան (տե՛ս հավելված 1-ի նկ.հ.1.14, հ.1.15 ), որտեղ այն միջանկյալ կոնտուրի ջրով հովանում է մինչև 52,1-80⁰C, և տրվում է առանցքակալին: Ջուրը առանցքակալը հովացնում է, ողողում և կրկին մղվում է սառնարան: Նկ. 2.21-ում պատկերված է ինքնավար կոնտուրի հիշասխեման, պոմպը (կա­նաչ գույնը չի աշխատում), սառնարանը` ջերմափոխանակչի տեսքով և առանցքակալ մտնող ջրի ջերմաստիճանը՝ T=52,1⁰C, որը հսկվում է:

Երբ Գլխավոր շրջանառության պոմպն անջատվում է, միանում է ինքնավար պոմպը, և հովացման պրոցեսը կատարվում է վերջինիս միջոցով: Պոմպի էլեկտրական հզորությունը 2,5 ԿՎտ է, ծախսը՝ 6մ ³/ժ, զարգացրած էջքը՝ 1,85կգ/սմ ², ծծող մասի ճնշումը՝ 140կգ/սմ ², իսկ ջրի ջերմաստի­ճանը՝ 120⁰C :

Առանցքային և շառավղային ուժերը, որոնք ազդում են գլխավոր շրջանառության պոմպի (ГЦН) լիսեռի վրա, իր վրա է կրում հենարանային առանցքակալը՝ 9, որն աշխատում է յուղի մեջ՝ սնվելով գլխավոր շրջանառության պոմպի (ГЦН)  յուղի համակարգից:

Նկ. 2.28-ում, 2.29- ում և հավելված 1-ի նկ.հ.1.14 և հ1.15 -ում կարմիր գույնով ցույց են տրված գլխավոր շրջանառության պոմպ մատակարարվող յուղի մուտքի և ելքի խողովակագծերը: Յուղի համակարգից յուղը, 2,3կգ/սմ ² ճնշման տակ, 150մմ տրամագծով խողովակագծով, որի վրա դրված է 2MP-6/4 փականը (տե՛ս նկ. 2.21), մղվում է գլխավոր շրջանառության պոմպ, դրոսելվում է մինչև մթնոլորտային ճնշումը, մտնում է առանցքակալի փակ խոռոչը, զուգահեռաբար մտնելով նաև շարժիչի վերևի մա­սում դրված դատարկման տակառիկի մեջ, վերադառնում է յուղային համակարգ: Այդտեղ յուղը հովանում է տեխնիկական ջրով և կրկին մղվում գլխավոր շրջանառության պոմպ: Տակառիկի կա­ռուց­վածքն այնպիսին է, որ թույլ է տալիս առանցքակալը սնել, երբ յուղի պոմպերը վթարային ան­ջատ­վում են: Նրա մեջ հավաքվում է 40լ  յուղի պաշար, որը 15 վրկ-ում ապահովում է յուղի մատուցումը առանցքակալներին:

Էլեկտրական շարժիչի վերին և ստորին առանցքակալները նույնպես աշխատում են յուղի մեջ, սնվում են յուղի խողովակագծերից և կապված են տակառիկի հետ: Յուղը շար­ժիչի առանցքակալներից ևս վերադառնում է յուղի համակարգ, որտեղ հովանում է և կրկին մղվում շարժիչի առանցքակալ:

Այսպիսով, յուղը կատարում է շրջանառություն, յուղում և հովացնում է ինչպես շար­ժիչի, այնպես էլ գլխավոր շրջանառության պոմպ (ГЦН)  երկու առանցքակալները: Առանցքակալ մտնող յուղի ջերմաս­տի­ճանը  ծախսը` 15մ ³/ժ, ճնշումը մուտքում անվանական ռեժիմում՝ 0,7 կգ/սմ ²: Նշված պարամետրերը հսկվում են օպերատորի կողմից:

Ներքևի շառավղային առանցքակալի՝ 7 վրա դասավորված են կիպացման հանգույցը՝ 8, որը նախատեսված է առաջին կոնտուրի ջերմատարի՝ լիսեռի անցուղիով ծորանցումը դեպի պոմպ կանխարգելելու համար:

Ճառագայթաակտիվ միջավայրի ծորանցումն ամբողջությամբ բացառելու համար կի­պացումներին տրվում է կիպացման հակաճնշումային ջուր, որի ճնշումն ավելի մեծ է, քան առաջին կոնտուրի ճնշումը: Կիպացման ջուրը տրվում է վթարային սնման համա­կարգից կիպացման պոմպի միջոցով (տե՛ս նկ. 2.21, 2.28):

Ջուրը համակարգից 57մմ տրամագծով խողովակով, որի վրա դրված է 2П-29/4 փա­կանը (նկ. 2.21), 1,83մ ³/ժ ծախսով մտնում է հիդրոցիկլոն, պտտվում է, կենտրոնախույս ուժերի շնորհիվ մաքրվում է նստվածքներից, դուրս է գալիս, մտնում կիպացման ջրի հո­վացուցիչ, որտեղ միջանկյալ կոնտուրի ջրով հովանում է մինչև 42,2⁰C և 151,1 կգ/սմ ² ճնշման տակ, 1,44մ ³/ժ  ծախսով մտնում է կիպացման հանգույց:

Հիդրոցիկլոնից նստվածքներով ջուրը՝ ծախսով, 18մմ տրամագծով խողո­վա­կագծով, որի վրա դրված են 2P-51/4, 2P-52/3 բաց փականները, գնում է դեպի հատուկ ջրամատակարարման համակարգ: Անհրաժեշտության դեպքում այդ ջուրը կարող է ու­ղարկ­վել նաև լրասնման համակարգ:

Կիպացման հանգույցում ջուրը ստեղծում է հակաճնշում, 42,2⁰C-ից տաքանում է մինչև 51,5⁰C, որոշ մասը  ծախսով մտնում է առաջին կոնտուր, իսկ մնացածը 1,44 - 0,22 =1,22 մ ³/ժ  ծախսով դուրս է գալիս և 32մմ տրամագիծ ունեցող խողովակով, որի վրա դրված է 2П-30/4 փականը, վերադառնում է լրասնման համակարգ (կազմակերպված հոս­քե­րի հեռացման կոլեկտորով) և կրկին կատարում է շրջանառություն: Կիպացման ջրի մուտքի և ելքի խողովակագծերը ցույց են տրված նկ. 2.21-ում: Միջանկյալ կոնտուրի ջրի ծախսը, որը հովացնում է կիպացման ջուրը և ինքնավար կոնտուրի ջուրը, կազմում է 51,99 մ ³/ժ, իսկ հովացնելուց հետո գնացող ջրի ջերմաստիճանը՝ 43,3⁰C :

Գլխավոր շրջանառության պոմպ (ГЦН) հակադարձ պտտվելը բացառելու համար, երբ վերջինիս աշխատանքը բնա­կանոն կամ վթարային կարգով դադարեցվում է, նախատեսված է սևեռակայիչ սարքը՝ 7 (տե՛ս նկ. 2.28, 2.29): Հենց որ պոմպը կանգնում է, և ջերմակիրը առաջին կոնտուրի օղակի միջով սկսում է հակառակ ուղղությամբ պտտվել, սարքը արգելակում է պոմպի լիսեռի հակադարձ պտտվելը:

Լիսեռի վրա առանցքային ուղղությամբ դեպի վերև ազդող ուժը թուլացնելու համար նախատեսված է էլեկտրամագնիսական բեռնաթափման սարքը՝ 10 (տե՛ս նկ. 2.28, 2.29), որը լիսեռի վրա առաջացնում է դեպի ներքև ուղղված  հակակշիռ ուժ: Սարքը բաղկացած է էլեկտրական կոճերից և մի շարք այլ մասերից, սնվում է 220 Վ հաստատուն հոսանքով, հզորությունը՝ 1,7 ԿՎտ: Երբ առաջին կոնտուրում ճնշումը դառնում է հավա­սար և մեծ 80կգ/սմ²-ից, սարքը միացվում է օպերատորի կողմից: Այն հովանում է միջանկ­յալ կոնտուրից եկող շրջանառու ջրով:

Գլխավոր շրջանառության պոմպ (ГЦН) էլեկտրաշարժիչի ներքևի մասում, լիսեռին հպված, տեղադրված է 2,5 տ քա­շով թա­փանիվը (նկ. 2.28), որը շարժիչի ռոտորի հետ միասին պտտվում է: Շարժիչի ան­ջատ­­վե­լուց հետո այն երկար ժամանակ ապահովում է պոմպի իներցիայով պտտվելը: Այս­պես, 6 գլխավոր շրջանառության պոմպերը, միաժամանակ կանգնելուց հետո, իներցիայով դեռևս պտտվում են, և 30 վ հետո նրանց պտուտաթվերը 1500պտ/ր-ից իջնում են մինչև 600պտ/ր, իսկ յուրա­քանչ­յուրի ծախսը լինում է 2800մ ³/ժ:

Ըստ գործարանային տվյալների՝ էլեկտրաշարժիչի հզորությունը 1600 ԿՎտ է, պտտման արագությունը բնականոն ռեժիմում՝ 1500պտ/ր, ծախսը՝ 7100մ ³/ժ, զար­գացրած էջքը՝  

Շարժիչի ստատորը նույնպես հովանում է միջանկյալ կոնտուրի ջրով, որը հո­վաց­նում է ստատորի փաթույթները հովացնող օդը:

ՀԱԷԿ-ի գլխավոր շրջանառության պոմպի (ГЦН) իրական բնութագրերը՝ ջերմակրի սառը և տաք վիճակներում աշխա­տելու պայմաններում, ներկայացված են նկ. 2.30 և 2.31-ում:

 

Նկարներից երևում է, որ անվանական ռեժիմում, երբ գլխավոր շրջանառության պոմպի (ГЦН)

 զարգացրած էջքը  ծախսը կազմում է 7500 մ ³/ժ, հզորությունը՝ N=1150ԿՎտ, իսկ օ.գ.գ.-ն՝ 70%:

Գլխավոր շրջանառության պոմպի(ГЦН) հիմնական պաշտպանական բլակավորումները հետևյալն են.

1.             Գլխավոր շրջանառության պոմպն անջատվում է, երբ.

ü  Գլխավոր շրջանառության պոմպի միջանկյալ կոնտուրի ջրի ծախսը նվազում է մինչև 15 մ ³/ժ, 60 վ պա­հա­ժամով .

ü  առանցքակալներ մտնող յուղի ճնշումն ընկնում է մինչև 0,45 կգ/սմ ², 15վ պահա­ժա­մով.

ü  ԳՇԿ-ի և շոգեգեներատորի ճնշումների տարբերությունը՝   մեծանում է 5 կգ/սմ ², և շոգեգեներատորում ճնշումն իջնում է մինչև 35 կգ/սմ ², 2վ պահաժամով շոգեգեներատորի և ԳՇԿ-ի միջև շոգե­խո­ղո­վակագծի պատռում).

ü ԳՇԿ-ի առաջին կամ երկրորդ կիսակոլեկտորներում ճնշումն ընկնում է մինչև 30 կգ/սմ ² , այդ կոլեկտորին համապատասխան բոլոր գլխավոր շրջանառության պոմպերն անջատվում են.

ü ցանկացած շոգեգեներատորում  մակարդակը՝ H անվանականից բարձրանում է 200մմ-ով:

2.             Գլխավոր շրջանառության պոմպ միացնելիս ինքնավար պոմպն ավտոմատ անջատվում է, անջատելիս ավտոմատ միանում է:

3.             Գլխավոր շրջանառության պոմպի միացման վրա դրվում է արգելք, եթե՝

ü յուղի հովացուցիչից հետո յուղի ջերմաստիճանը փոքր է 30⁰C-ից,

ü առանցքակալներ մտնող յուղի ճնշումը փոքր է 0,45 կգ/սմ ²-ից:

4.             Գլխավոր շրջանառության պոմպի  անջատվելիս էլեկտրամագնիսն ավտոմատ անջատվում է:

>>

 

2.5.   ԱՐՄԱՏՈՒՐ ԵՎ ԳԼԽԱՎՈՐ ՇՐՋԱՆԱՌՈՒԹՅԱՆ ԽՈՂՈՎԱԿԱԳԾԵՐ

ԱԷԿ-ի առաջին կոնտուրի արմատուրը պետք է բավարարի հետևյալ հիմնական պա­հանջները.

1.             կոնտուրը, ցանկացած ճնշման և ջերմաստիճանի դեպքում, լինի հերմետիկ ինչ­պես իր անջատված մասի, այնպես էլ արտաքին միջավայրի նկատմամբ,

2.             ունենա բավարար արագագործություն, վթարային իրավիճակներում ավտոմատ և հեռակառավարման հնարավորություն,

3.             լինի հնարավորինս նվազագույն չափերով և զանգվածով,

4.             նրա շարժուն տարրերի տեղափոխումը կատարվի նվազագույն ճիգերով:

Ըստ աշխատանքի գործառական առանձնահատկության՝ արմատուրները երեք տի­պի են` փակող, կարգավորող և պաշտպանական:

Փակող արմատուր. դրանք են սողնակները, փականները, որոնք իրենց փակող օր­գա­նի դիրքի փո­փոխ­ման ճանապարհով ապահովում են ջերմակրի հոսքի լրիվ բացթո­ղու­մը կամ լրիվ դադարեցումը:

Կարգավորող արմատուր. ծառայում են հիդրավլիկական համակարգերում կամ ա­նոթ­­նե­րում աշխատանքային միջավայրի տրված պարամետրերի և դրանց ծախսի փոփոխ­մա­նը կամ պահպանմանը: Դրանք են կարգավորիչ դրոսելային կափույրները և փական­ները, մակարդակի, շոգեհովացուցչի կարգավորիչները, ռեդուկցիոն և ռե­դուկ­ցիոն-հովաց­ման տեղակայանքների դրոսելային սարքավորումները: Փակիչ և կարգա­վո­րիչ արմա­տու­րը կարող է ունենալ ձեռքի, էլեկտրամեխանիկական և հիդրավլիկական շար­ժաբերներ:

Պաշտպանական արմատուր. ապահովում են հիդրավլիկական համակարգերի և ա­նոթ­­ների պաշտպանությունը՝ դրանցում ճնշման կամ մակարդակի գերազանցումից, ինչ­պես նաև վթարային իրավիճակներում պաշտպանում են սարքավորումները աշխա­տան­քա­յին մարմնի հակադարձ հոսքից: Դրանք են` ապահովող կափույրները, իմ­պուլսային ա­պա­հովող սարքավորումները, մակարդակի կարգավորիչները և հետադարձ կա­փույրները:

ՋՋԷՌ տիպի տեղակայանքների շրջանառության կոնտուրներում՝ սնող ջրի տրակ­տում, որպես փակող օրգաններ ծառայում են սողնակները: Սողնակների պայմանական անցքն ունի 100 մինչև 500 մմ տրամագիծ: Սողնակները կարող են գործարկվել ներդրված կամ հեռավար հաղորդակով:

ՋՋԷՌ-440 ռեակտորային տեղակայանքի առաջին կոնտուրի 500 մմ պայմանական տրամագծով անցք ունեցող գլխավոր փակող սողնակի (ГЗЗ) կառուցվածքը ներկայացված է նկ. 2.32-ում:

Սողնակը, առանց կոնտուրը բացելու և սառեցնելու, ամրացվում է խողովակագծին` առաջին կոնտուրի օղակներն անջատելու և փոքր վերանորոգում կատարելու համար: Սողնակի բարձրությունը  է, լայնությունը՝   Շրջանառության համար տաք և սա­ռը խողովակագծերի վրա այդ սողնակները տեղադրվում են` իլը՝ 9 վերև դասավորված: Սող­նակները տեղադրվում են սպասարկման և վերանորգման համար հարմար տեղերում և պետք է աշխատեն լրիվ բաց կամ լրիվ փակ վիճակում: Սողնակով միջավայրի դրոսե­լումը չի թույլատրվում: Փակ վիճակում սողնակը հաշվարկված է փականի՝ 14 ՄՊա ճնշման անկման համար՝ երկարատև ժամանակամիջոցում, կամ՝ 19,5 ՄՊա, կարճ ժամա­նակամիջոցում (մինչև 60 ր):

Սողնակով կառավարումն իրականացվում է փակման 78 վ ժամանակամիջոց ունե­ցող էլեկտրահաղորդակով՝ կառավարման վահանակից կամ ձեռքով: Փականի փակ լի­նե­լու դեպքում, կոնտուրում աշխատանքային պարամետրերի պայմաններում, փականի վրա նվազագույն և առավելագույն ճնշման անկման առկայությամբ, փականով հոսքը 60 սմ ³/ր-ից ավելի չէ:

Փականի բացումը և փակումը պետք է իրականացնել փականի վրա մինչև 1,0 ՄՊա (10կգ/սմ ²) ճնշման անկման դեպքում: Բացառիկ դեպքերում թույլատրվում է սողնակի գոր­ծար­կումը 13,0 ՄՊա (130կգ/սմ ²) անկման դեպքում. այդպիսի գործարկումից հետո ան­հրա­ժեշտ է իրականացնել փականի ստուգում և, անհրաժեշտության դեպքում, կատարել կիպացնող մակերևույթների վերականգնում:

Սողնակը կազմված է իրանից՝1, սեպային փականի հանգույցից՝ 3, իլից՝ 4, օղա­կա­պով կափարիչից՝ 2, էլեկտրահաղորդակից՝ 24 և ափսեներից՝ 5, 8 (նկ. 2.32):

Սողնակում ջրի հոսքը դադարեցվում է երկու ափսեներով, որոնք սեղմվում են իրա­նի թամբին: Ափսեի և թամբի մակերևույթները կիպահղկված են: Ափսեները միմյանց միաց­ված են պահունակով, որը փականի՝ իլով տեղափոխման դեպքում սահում է սող­նա­կի իրանի ուղղորդող կողերով: Տարահրման ճիգերը իլից երկու սնկիկների միջոցով հա­ղորդվում են ափսեներին: Իլին հաղորդվում է պտտական շարժում էլեկտրաշարժիչով, որն ունի հեռահար կառավարում: Իլի շարժվող հանգույցը գտնվում է օղակապի վերին մա­սում: Իլը պտտվում է բրոնզե ականոցում: Շփման հանգույցը քսայուղվում է թանձր քսու­քով՝ յուղիչի միջոցով: Պտտվող իլը տեղափոխվում է` կախված պտտման ուղղությունից՝ վերև կամ ներքև, քանի որ օղակապի գլխույկի ներքևի մասում այն անցնում է սեղանաձև պարուրակով ականոցով:

Իրանը կափարիչին կիպացվում է բազմակի օգտագործման մետաղական երկու տակ­դիրներով: Տակդիրների միջև միջավայրի հոսքի դեպքում, որի մասին կարելի է իմա­նալ ըստ դրանց միջև եղած տարածքում ճնշման բարձրացման, հնարավոր է անջա­տա­տե­ղի կիպացումը՝ միացման կոնտուրի եռալցումով: Իլը կիպացվում է կափարիչում մամլված ասբեստագրաֆիտային АГ-50 օղակներով խցուկի միջոցով:

Սողնակն ապահովում է անընդհատ հուսալի աշխատանք ոչ պակաս, քան 20 հազ. ժ, երբ ցիկլերի թիվը 36-ից ավելի չէ, յուրաքանչյուր 20 հազ.ժ-ից հետո անհրաժեշտ է պրո­ֆի­լակ­տիկ վերանորոգում: Սողնակի ծառայության ժամկետը, մինչև կապիտալ վերա­նորոգումը, 5 տարի է: Սողնակը հնարավորություն է տալիս հանվող մասերի փոխարի­նու­մը և կազ­մա­տումն իրականացնել՝ առանց դրանք խողովակագծից կտրելու:

Գլխավոր շրջանառության խողովակագծեր: Ջերմակիրը մատուցվում է ակտիվ գոտի և հեռացվում է մեծ տրամագծով խողովակագծերով, որոնք կոչվում են գլխավոր շրջանա­ռու­­թյան խողովակագծեր: Դրանց ներքին տրամագիծը որոշվում է ջրի անհրաժեշտ ծախ­սով, իսկ պատի հաստությունը և համապատասխանաբար արտաքին տրամագիծը` ամ­րության անհրաժեշտ պաշարով:

Գլխավոր շրջանառության կոնտուրի խողովակագծերը, որոնց արտաքին տրա­մա­գիծը 560մմ է, պատի հաստությունը՝ 34մմ, և միմյանց են միացնում առաջին կոնտուրի հիմնական սար­քավորումները, ռեակտորը, շոգեգեներատորները, գլխավոր շրջանառության պոմպերը, պատրաստ­վում են աուս­տե­նիտային դասի 0X18H10T մակնիշի չժանգոտվող պողպատներից՝ կոռո­զիոն բարձր ամ­րա­կայունությամբ: Դրա հետևանքով զգալիորեն թանկանում են սարքա­վորումները, սակայն ա­պա­հովվում է ջերմակրի կոռոզիայի հետևանքով արգասիքների ցածր կոնցենտրացիայի պահ­պանումը, և կանխարգելվում է ակտիվ գոտում, մասնա­վո­րա­պես՝ Ջերմանջատիչ տարրերի (ТВЭЛ) մակերևույթին, վտանգավոր նստվածքների առաջացումը:

Առաջին կոնտուրում խողովակագծի առանձին տեղամասերի միմյանց, արմատուրի և առանձին ագրեգատների հետ միացումներն իրականացվում են արգոնաաղեղային զո­դու­մով:

Հոսաթողումներ առաջանալու հավանականությունը փոքրացնելու նպատակով ա­ռա­ջին կոնտուրի չանջատվող մասում, ռեակտորից մինչև գլխավոր սողնակ տեղամասում, նվա­­զա­գույնի են հասցված գլխավոր խողովակագծին ավելի փոքր տրամագծով խողո­վակ­ների միա­ցումները: Հատուկ ուշադրություն է դարձվում նաև գլխավոր շրջանառության խողովակագծի մայրուղու պարզությանը և հնարավոր նվազագույն երկարությանը:

Խողովակագծի ուրվագիծը և հենարանների դասավորումն իրականացվում է այն­պես, որ ապահովված լինեն ջերմաստիճանային ընդարձակումների ինքնափոխ­հա­տու­ցու­մը և ռեակ­տո­րի աշխատանքի դեպքում՝ տատանումների փոքրացումը: Խողովակագծի ազատ տեղա­փո­խությունն ապահովվում է հատուկ յուղային փոխհատուցիչներով, որոնք ա­պա­հովում են ջերմաստիճանային ընդարձակումների փոխհատուցումը և տատա­նում­ների փոքրացումը աշխատանքի ընթացքում:

Հովացման ռեժիմում և վթարային իրավիճակներում առաջին կոնտուրի խողովա­կագծե­րով իրականացվում է ջերմակրի բնական շրջանառությունը, որը պահանջում է ուղ­ղա­ձիգ իջուցիկ տեղամասերի և հորիզոնական թեքությունների բա­ցա­կա­յու­թյուն:

>>

 

 

2.6.   ՌԵԱԿՏՈՐԱՅԻՆ ՏԵՂԱԿԱՅԱՆՔԻ ՀԻՄՆԱԿԱՆ ՍԱՐՔԱՎՈՐՈՒՄՆԵՐԻ ՀԱՐՄԱՐԱԴԱՍԱՎՈՐՈՒՄԸ

Առաջին կոնտուրի հիմնական տեխնոլոգիական սարքավորումները և օժանդակ հա­մա­կարգերը լցված են բարձր ճառագայթաակտիվ ջերմակրով, որը պահանջում է այդ սար­քա­վորումների տեղադրման կոմպակտություն և խողովակագծերի կարճացում: Առաջին կոնտուրի սահմաններից դուրս ջերմակրի ելքով հնարավոր վթարների դեպքում ճառա­գայ­թաակտիվության տեղայնացումն ապահովող անվտանգության համակարգում խիստ կարևոր խնդիր է սարքավորումների տեղավորումը զետեղարանում:

Նկ. 2.33-ում պատկերված է ռեակտորային տեղակայանքի շինության (շենքի) երկայ­նա­կան կտրվածքը և հիմնական սարքավորումների հարմարադասավորման սխեման, իսկ նկ. 2.34-ում՝ այդ նույն շենքի ընդլայնական կտրվածքը՝ 6մ բարձրության նիշի մակար­դակով:

 

Նկ.2.35- ում ցույց է տրված ՀԱԷԿ-ի ռեակտորային տեղակայանքի կենտրոնական սրահի ընդհանուր տեսքը: Մեկ ռեակտորի թասակը հանված է, հեռվում երևում է երկրորդ ռեակտորի թասակը: Մարդիկ կանգնած են 11,8մ  նիշի մակարդակում:

Նկարներում երևում է հիմնական սարքավորումների տեղաբաշխումը զետեղարան­նե­րում, իրար նկատմամբ հարմարադասավորությունն ըստ բարձրության, առաջին կոն­տու­րի խողովակագծերի միացումները հիմնական սարքավորումներին (ռեակտոր, շոգեգեներատոր, գլխավոր շրջանառության պոմպ գլխավոր փակող սողնակներ, ճնշման փոխհատուցիչ):

Ռեակտորային տեղակայանքի շենքի երկարությունը 42 մ է, բարձրությունը` մինչև կենտ­­րոնական սրահը՝ 10,5մ: Ռեակտորը տեղավորված է հորանում, որի խորությունը, զրո­յական նիշից հաշված, -7,7 մ  է, լայնությունը՝  

ՋՋԷՌ-440 ռեակտորներով ԱԷԿ-ներում առաջին կոնտուրի հիմնական տեխնո­լո­գիա­­կան սարքավորումների դասավորության համար կիրառվում է հերմետիկ զետեղա­րան­ների հա­մակարգը: Ռեակտորը հավաք վիճակում տեղավորվում է հորանում, որը վերևից ներքև, ըստ նիշերի, բաժանվում է երեք ինքնուրույն զետեղարանների:

Նկ. 2.36-ում ցույց է տրված՝ ինչպես են Չեխիայի Տեվելին ԱԷԿ- ում ռեակտորի իրանը իջեցնում հորանը, մարդիկ ներքևում կանգնած են 3,6 մ նիշի մակարդակում՝ վերաբեռն­ման ավազանի հատակին:

Առաջին վերին զետեղարանը (ենթաթասակային տարածությունը) վերևից սահմա­նա­­փակված է թասակով, որը տեղադրվում և ամրացվում է ռեակտորի պատվանդան կոչվող 11,8մ  նիշում (նկ.2.33, 2.35): Ենթաթասակային տարածությունը ներքևից սահմա­նա­փակ­ված է ռեակտորի հեծան կոչվող նիշով՝ 3,8 մ, որտեղ մեմբրաններով փակված անց­քերն են: Ենթա­թասակային տարածությունում տեղակայված սարքավորումների կիպու­թյան խախտ­ման դեպքում վթարային իրավիճակներում ճառագայթաակտիվ շոգեօդային խառ­նուր­դի արտանետում կենտրոնական սրահ տեղի չի ունենում. այն արտանետվում է շոգեգեներատոր և գլխավոր շրջանառության պոմպ  (ГЦН)հերմետիկ սրահի (բոքսի) զետեղարան:

Ռեակտորի հեծանի տակ ռեակտորին կից II տարածությունն է, որը կոչվում է նաև բեռնման ավազան: Վերաբեռնման ժամանակ այդ տարածքը մինչև կենտրոնական սրահի հատակը (10,55 մ  նիշից ներքև) լցվում է ջրով: Ջրի մակարդակը հավասարեցվում է պահ­պան­ման ավազանի մակարդակին, և վերաբեռնման մեքենայով, ջրի միջով, աշխատած վառելիքը ռեակտորից տեղափոխվում է պահպանման ավազան, իսկ թարմ վառելիքը տեղադրվում է ակտիվ գոտում: Նկ. 2.36-ում ցույց է տրված այդ տարածքը. ներքևում մար­դիկ կանգնած են վերաբեռնման ավազանի հատակին` 3,6 մ  նիշի մակարդակում:

Ռեակտորի վերաբեռնում իրականացնելու համար թասակը և վերին բլոկը կափարի­չով հանվում են: Վերին բլոկի հանելուց առաջ հատուկ հարմարանքներով կատարվում է ավտոմատ կարգավորում և փոխհատուցման (АРК)  կա­սետների հաղորդակի ձողաքանոնների անջատում միջանկյալ ձողերից: Ակտիվ գո­տում ջերմանջատիչ հավաքածուների (ТВС) վերադասավորման և փոխարինման ժամանակ հանվում է նաև պաշտ­պանական խողովակների բլոկը (БЗТ): Նախքան պաշտ­պանական խողովակների բլոկի (БЗТ) հանելը՝ վերաբեռնման մեքենա­յով կատարվում է միջանկյալ ձողերի անջատում ԱԿՓ (АРК)  կասետների ջերմանջատիչ հավաքածուներից (ТВС), իսկ միջ­անկ­յալ ձողերը տե­ղափոխվում են պաշտպանական խողովակներ և դուրս են հանվում դրանց հետ:

 Նկ. 2.37-ում ցույց է տրված՝ ինչպես են թարմ վառելիքը բեռնավորում ռեակտորի (ՋՋԷՌ-1000) ակտիվ գոտում. ռեակտորը նոր է գործարկվում:

Ռեակտորին կից III տարածությունը, 3,9մ  նիշից ներքև մինչև -7,7մ , շոգեգեներատորը  և գլխավոր շրջանառության պոմպը (ГЦН) բոքսի զե­տեղարանին միացված է անցքերով, որոնց միջով անցնում են շրջանառության գլխավոր կոնտուրի խողովակները (տե՛ս նկ. 2.33):

Բոքսը հերմետիկ փակ տարածք է, որտեղ դասավորված են հիմնական սարքա­վորում­ները՝ գլխավոր շրջանառության պոմպն, շոգեգեներատորն, գլխավոր փակող սողնակներն, ճնշման փոխհատուցիչն և առաջին կոնտուրի խողովակագծերը: Բոքսի հատա­կագիծը ներկայացնում է   կողմերով քառակուսի: Բոքսի հատակը -1,5մ նիշի մակարդակում է, իսկ առաստաղը հանդիսանում է կենտրոնական սրահի հատակը (10,5մ նիշը):

Բոքսի օդային ծավալը կազմում է որտեղ բլոկի բնականոն աշխատանքի ժա­մա­նակ օդահեռուցիչների միջոցով ստեղծվում է -15 մմ.ջ.ս. նոսրացում կամ 0,99 կգ/սմ² բա­ցար­ձակ ճնշում: Ակտիվությունը 2X10^-8կ/լ է, ջերմաստիճանը՝ իսկ ռա­դիա­ցիոն ճա­ռագայթումը ռեակտորի աշխատանքի ժամանակ՝  Բնա­կա­նա­բար, ռեակտորի բնականոն աշխատանքի ժամանակ բոքս մտնել չի թույլատրվում: Այդ սրահը համարվում է չայցելվող, չսպասարկվող:

Բոքսի զետեղարանի անկյուններից մեկում տեղադրված է ճնշման փոխհատուցիչը (նկ. 2.34), որը նախատեսված է առաջին կոնտուրի ջերմակրի ջերմաստիճանային ընդար­ձա­­կում­ների փոխհատուցման և ճնշման կայունացման համար: Ճնշման փոխհատուցչի կողքին տեղադրված է բարբոտաժային բաքը, որտեղ ճնշման փոխհատուցչից շպրտվում է ջերմա­կի­րը՝ առաջին կոնտուրում ճնշման զգալի բարձրացման դեպքում: Բարբո­տա­ժա­յին բաքի նշված զետեղարանում տեղադրված են նաև ճնշման փոխհատուցչի ապահովիչ փականները(ПК):

Բարբոտաժային բաքի և ճնշման փոխհատուցչի զետեղարանները,շոգեգեներատորների   և գլխավոր շրջանառության պոմպի (ГЦН)  բոքսը միացված են միմյանց օդային որմնանցքներով և ներկայացնում են մեկ ամբողջություն: Բոք­սի սահմաններում բոլոր շոգեգեներատորներներն ունեն շոգու հեռացման խողովակագծի տարբեր եր­կարու­թյուն­ներ: Առավելագույն երկարություն ունեն N3, 4  շոգեգեներատորների խողովակագծերը, իսկ նվազա­գույնը՝ N1, 6 շոգեգեներատորների խողովակագծերը:

Բոքսի առաստաղին տեղադրված են ապահովիչ փականներ(ПК), որոնք նախա­տես­ված են բոքսից, առաջին կոնտուրի հերմետիկության խախտման դեպքում, փոքր ակտի­վու­թյամբ շոգեօդային խառնուրդը շրջակա միջավայր արտանետելու համար:

Գլխավոր շրջանառության պոմպի հանվող մասերը (էլեկտրաշարժիչ, օժանդակ սարքեր), ինչպես նաև գլխավոր փակող սողնակները (ГЗЗ) սպա­­սարկ­վող մասը (էլեկտրաշարժիչ, ռեդուկտոր) տեղադրված են գլխավոր շրջանառության պոմպի և գլխավոր փակող սողնակների  ( հա­ղոր­դակ­ների սպասարկման հատուկ զետեղարանում (տե՛ս նկ. 2.33): Զետեղարանի հա­տակը գտնվում է 2,7մ բարձրության վրա, իսկ առաստաղի դերը կատարում է կենտրո­նական սրահի հատակը (10,5մ նիշը): Այդ զետեղարանից դեպի  շոգեգեներատորի և գլխավոր շրջանառության պոմպի բոքս եղած օղակային որմնանցքերը, որոնց միջով անցնում են գլխավոր շրջանառության պոմպի և գլխավոր փակող սողնակի(ГЗЗ)  կառուցվածքային տարրերը, հատուկ էլաստիկ նյութերով հերմետիկացված են:

-8,2մ  նիշում գտնվում է զետեղարանը, որը կոչվում է «բորային հանգույց», որտեղ դա­սավորված են թվով 6 վթարային լրասնման պոմպերը (АПН),   , 3 ցայտաջրմուղային պոմպերը, 2-ա­կան վթարային և սեյսմիկ կոնդենսատային պոմպերը, բորաթթվի լուծույթի վթարային պա­շարի տարողությունը (բաքը՝ Б-8/2) և այլն: Բաքի տարողության լրիվ ծավալը կազմում է 1054մ ³, որում պահվում է 800 մ ³ բորաթթվի լուծույթը: Բոքսի հատակը կապված է բաքի հետ, և վթարի դեպքում ջերմակիրը կարող է անցնել զատիչի միջով և լցվել տարողության մեջ:

Զետեղարանը պարբերաբար սպասարկվում է, և օպերատորը հերթափոխի ընթաց­քում առնվազն մեկ անգամ մտնում է զետեղարան՝ սարքավորումների աշխատու­նա­կու­թյունը և վիճակը ուսումնասիրելու և գնահատելու, անհրաժեշտության դեպքում՝ ի հայտ եկած թերու­թյուն­ները վերացնելու համար:

Հայաստանում նախատեսված է կառուցել ԱԷԿ՝ ՋՋԷՌ-1000 էներգաբլոկներով, որոնց ա­ռաջին կոնտուրի սարքավորումների հարմարադասավորումը շատ նման է ՋՋԷՌ-440 էներ­գաբլոկին:

Նկ. 2.38-ում որպես օրինակ պատկերված է ՋՋԷՌ-1000 ռեակտորային տեղա­կայան­քի հիմնական սարքավորումների հարմարադասավորման սխեման՝ տարածական տես­քով:

Ի տարբերություն ՋՋԷՌ-440 ռեակտորներով էներգաբլոկի՝ ՋՋԷՌ-1000 ռեակտո­րա­յին տեղակայանքի օղակները, շոգեգեներատորները, գլխավոր շրջանառության պոմպերը (ГЦН) չորսն են, և լրացուցիչ տեղա­դրված են թվով 4 վթարային հովացման տարողություններ (բաքեր)՝ ակտիվ գոտին հո­վացնելու հա­մար: Դրանք աշխատում են, երբ ճնշումն առաջին կոնտուրում կտրուկ իջնում է մինչև 60կգ/սմ ², այսինքն՝ տեղի է ունենում առաջին կոնտուրի ապահեր­մե­տի­կացում (պատռ­վածք), և բա­քե­րից բորաթթվի լուծույթ է մատակարարվում ռեակտոր: Այս տեղա­կայանք­ներում գլխավոր փակող սողնակները (ГЗЗ)  բացա­կա­յում են:

>>

 

 

 

ԳԼՈՒԽ 3. ՋՋԷՌ-440 ԷՆԵՐԳԱԲԼՈԿԻ ԵՐԿՐՈՐԴ ԿՈՆՏՈՒՐԻ ՀԻՄՆԱԿԱՆ

ՍԱՐՔԱՎՈՐՈՒՄՆԵՐԸ ԵՎ ԱՇԽԱՏԱՆՔԱՅԻՆ ԲՆՈՒԹԱԳՐԵՐԸ

Երկրորդ կոնտուրի տեխնոլոգիական սխեման ներկայացնում է էլեկտրական հզո­րու­­թյան՝ թերմոդինամիկական ցիկլի հիմքով արտադրման տեխնոլոգիական բոլոր պրո­ցես­­ների հաջորդականությունը:

ՋՋԷՌ-440 էներգաբլոկի II կոնտուրը ներառում է  տիպի երկու տուր­­բո­ա­գրեգատներ, որոնցից յուրաքանչյուրի անվանական հզորությունը 220ՄՎտ է: Թարմ, չոր հագեցած շոգու ճնշումը տուրբինից առաջ է, ջերմաստիճանը՝ , ծախսը՝ 1438 տ/ժ: Նկ.3.1-ում պատկերված է ՀԱԷԿ-ի II կոնտուրի տեխնոլոգիական սխե­­ման: Ռեակտորն աշխատում է 92% ջերմային հզորությամբ:

 

Առաջին և երկրորդ կոնտուրների տեխնոլոգիական կապն իրականացվում է շոգե­գե­նե­­րա­տորի՝ 14 միջոցով, որտեղ ջերմակիրը ջերմությունը հաղորդում է աշխատող մարմ­­նին: Շոգեգեներատորները միմյանց կապված են շոգու գլխավոր կոլեկտորով (ՇԳԿ), որ­տեղ ճնշումը 45±1 կգ/սմ ² է: Վերջինս բաղկացած է երկու մասից, որոնք կարող են ան­ջատվել փա­կաններով կամ արագագործ պաշտպանիչ-անջատիչ կափույրներով (БЗОК)՝ 12:

Թարմ գոլորշին ՇԳԿ-ից և շոգեգեներատորներից  ուղղվում է տուրբիններ և անցնելով տուրբինի կանգառային-կարգավորող փականներով՝ մտնում է տուրբինի բարձր ճնշման գլան (ЦВД): Բարձր ճնշման գլանում աշխատելուց հետո անցնում է ԶՇԳ՝ 2, որտեղ նրանից զատվում է ջրային մասը, ապա գերտաքացվում է մակերևութային միջանկյալ գերտաքացուցիչներում և    ճնշման պայմանում մտնում տուրբինի ցածր ճնշման գլան (ЦНД): Ընդարձակվելուց հետո անց­նում է կոնդենսատոր՝ 3, որտեղ և կոնդենսանում է: Հիմնական կոնդենսատը կոնդեն­սա­տորից կոնդենսատորային պոմպով (КЭН) ՝ 8, ՑՃՏ-ների միջով՝ 4, մղվում է գազազրկիչ՝ 5, որտեղ տեղի է ունե­նում ջրի գա­զազրկումը: Գազազրկիչից սնող էլեկտրապոմպերով(ПЭН)՝ 7 տրվող սնող ջուրը, անցնելով ԲՃՏ-ների՝ 6 միջով, տրվում է շոգեգեներատորներ  ՝ 14:

Վթարային իրադրություններում, որոնք ուղեկցվում են սնող էլեկտրապոմպերի (ПЭН)՝ կանգառմամբ, միաց­­վում են վթարային սնող էլեկտրապոմպերը (АЭПН)՝ 9:

Կոնդենսատի մակարդակի կարգավորիչը՝ 16 կարգավորում է նրա մակարդակը կոնդեն­սա­տորում, իսկ ՇՄԿ-ն՝ 13,  շոգեգեներատորներում : Երկրորդ կոնտուրի հիմնական պարամետրերը հսկվում են բլոկի ղեկավարման վահանակից (БЩУ) (տե՛ս հավելված 2-ի նկ.հ.2.1):

Հսկվում են հետևյալ պարամետրերը (տե՛ս.նկ.3.1).շոգու ճնշումը գլխավոր կոլեկտորում` տուրբոգեներատորների և դրանց գումարային հզորությունը՝ N=361ՄՎտ (N_тгз=174ՄՎտ, N_тг4=187ՄՎտ), պտու­տա­թվերը՝ n=3000 պտ/ր, հաճախականությունը՝ F=50Հց, ռեակտորի ակտիվ գոտում ջեր­մաս­տիճանային ան­կումը՝  շոգեգեներատորներում ճնշումները՝  կաթսա­յա­կան ջրի մակարդակի շեղումը անվանականից՝ մմ, շոգեգեներատոր  մտնող սնող ջրի ծախսը՝ մ³/ժ,  շոգեգեներատորներից դուրս եկող գոլորշու ծախսը՝ 3տ/ժ, տուրբինի կար­գավորող աստի­ճա­նից հետո շոգու ճնշումը՝ P=22,0կգ/սմ ², ԲՃԳ-ից հետո շոգու ճնշումը՝ P=2կգ/սմ ², ՑՃԳ մտնող շոգու ջերմաստիճանները՝ T=229⁰C -232⁰C, զատիչ-շոգեգեր­տա­քա­ցուցիչում զտիչի կոնդեն­սա­տի մակարդակը՝ H=160 մմ, առաջին և երկրորդ աստիճանի շոգեգերտա­քացուցիչ­ների կոն­դեն­սատի մակարդակները՝     կոնդենսատորներում վա­կուումը՝ W=602մմսն.ս., կոնդեն­սա­տի մա­կար­դակը՝ H=1224մմ, շրջանառու ջրի ջերմաստի­ճանը՝ C, կոնդեն­սա­տա­յին պոմ­պերի ճնշումը մղման էջ­քային կոլեկտորում՝ P=15,7 կգ/սմ², ՑՃՏ-երում ցա­մա­քուրդների մակարդակները՝ H=598;451;569;541մմ, դրանցից դուրս եկող կոնդենսատի ծախսը՝ Q=1138մ ³/ժ, ջերմաս­տի­ճանը՝ T=130.7⁰C, գազազրկիչում ճնշումը՝ P=4,5կգ/սմ ², մա­կար­դակը՝ H=2364մմ, ԲՃՏ-ում ցա­մաքուրդների մակարդակները՝ H=1321;1319;1320մմ, դրան­ցից դուրս եկող սնող ջրի ճնշումը՝ P=67 կգ/սմ ², ջերմաստիճանը՝ T=213.9 ⁰C, ծախսը՝ Q=1193մ ³/ժ, վթարային լրա­սնման էլեկտրապոմպերի ծախսը (յուրա­քանչ­յուրինը, եթե միացված են)՝ 65 մ ³/ժ, ճնշումը՝ P=60 կգ/սմ ²:

Նշենք, որ նկ. 3.1-ում բերված պարամետրերի արժեքները տարբերվում են անվա­նա­կան ռեժիմի պարամետրերից, քանի որ նկարում պարամետրերը համապատասխանում են 92% հզորությանը:

>>

 

 

3.1.   ՏՈՒՐԲԻՆԱՅԻՆ ՏԵՂԱԿԱՅԱՆՔԻ ԿԱՌՈՒՑՎԱԾՔԱՅԻՆ ՍԽԵՄԱՆ ԵՎ ԲՆՈՒԹԱԳՐԵՐԸ

Նկ. 3.2-ում պատկերված է K-220-44/3000 տուրբոտեղակայանքի ջերմային սկզբուն­քա­յին սխեման՝ շոգեխողովակագծերի, սնող ջրի խողովակների, ինչպես նաև սար­քա­վո­րում­ների տեխնոլոգիական փոխկապակցության և համապատասխան միացումների ման­րա­մասն ներ­կա­յացմամբ:

Տուրբոտեղակայանքի գործարանային հաշ­վարկային ջերմային սխեման անվանա­կան ռեժիմում ներկայացված է հավելված 2-ի նկ.հ.2.2-ում:

 

Տուրբինը բաղկացած է մեկ ԲՃԳ-ից և երկու երկհոսք ՑՃԳ-ներից: ԲՃԳ-ն բաղկացած է վեց աստիճաններից`

·               մեկ կարգավորող,

·               հինգ ճնշման:

ՑՃԳ-ն երկհոսք է, և յուրաքանչյուր հոսք ունի հինգ աստիճան:

Տուրբինի բոլոր երեք ռոտորները և գեներատորի ռոտորը միմյանց միացված են կոշտ կցորդիչով: Տուրբինի թիակային համակարգը հաշվարկված և կարգաբերված է ցանցի 50Հց (3000 պտ/ր) հաճախականությամբ աշխատանքի համար:

Տուրբինն ունի թվով 8 ոչ կարգավորվող առումներ (5-ը՝ ԲՃԳ-ից և 3-ը՝ ՑՃԳ-ից)՝ նա­խա­տեսված կոնդենսատի, սնող ջրի, շոգեգերտաքացուցչի երկրորդ աստիճանի տա­քաց­ման, ինչպես նաև սեփական կարիքների սնման համար: Տուրբինի կառավարման հա­մակարգի մեջ մտնում են նաև տուրբինի վթարային անջատման սարքավորումները:

Կառավարման համակարգի հիմնական մեխանիզմը արագության կարգավորիչն է, որի միջոցով փոխվում է Տուրբոգեներատորների (ТГ) ջերմային և էլեկտրական բեռը: Արագության կար­գա­վո­րի­չը գործում է տուրբինի կառավարման մեխանիզմի (МУТ) միջոցով, որը կարող է գոր­ծարկվել`

1.             անմիջականորեն տուրբինի մոտից՝ ձեռքով,

2.             Բլոկային ղեկավարման վահանակից (БЩУ)  հեռակառավարմամբ՝ տուրբինի կառա­վար­ման մեխանիզմին (МУТ)  բանալու միջոցով:

Կարգավորումը կատարվում է նաև ճնշման «մինչև իրեն» կարգավորիչի միջոցով, աշխա­տանքային երեք ռեժիմներով`

1.             “A”- (ավտոմատ ռեժիմ). կարգավորիչը բեռնաթափում կամ բեռնավորում է Տուրբոգեներատորներն, երբ ՇԳԿ-ում ճնշումը անվանականից իջնում կամ բարձրանում է ±0.5 կգ/սմ ² –ով:

2.             “Р”- (հեռակառավարման ռեժիմ). կարգավորիչը կառավարվում է «փոքր է» կամ «մեծ է» կոճակներով կամ՝ տուրբինի կառավարման մեխանիզմի (МУТ) բանալիով:

3.             “В”- («հսկման» ռեժիմ). կարգավորիչը բեռնաթափում է Տուրբոգեներատորներն, երբ ՇԳԿ-ի ճնշումն անվանականից իջնում է 1.5կգ/սմ²-ով, մինչև որ դառնա ավելի բարձր, քան իր գործարկման արժեքն է:

Տուրբինի կարգավորման համակարգի առավել մանրամասն նկարագրությունը տրված է գլուխ 4-ում:

Տուրբինն ունի հետևյալ բնութագրերը.

· երկարությունը գեներատորի հետ՝ 32.22մ , առանց գեներատորի՝ 23.65մ,

· անվանական հզորությունը՝ 0.052մթն., վակուումի դեպքում՝ 220ՄՎտ,

· առավելագույն հզորությունը՝ 0.052մթն., վակուումի դեպքում՝ 232ՄՎտ,

· անվանական հզորությունը՝ 0.03մթն., վակուումի դեպքում՝ 230ՄՎտ,

· առավելագույն հզորությունը՝ 0.03մթն., վակուումի դեպքում՝ 240ՄՎտ,

· տուրբին մտնող գոլորշու առավելագույն ծախսը՝ 1445.4տ/ժ,

· պտտման արագությունը՝ 3000պտ./ր,

· ընդհանուր զանգվածը՝ 750տ:

Մյուս բոլոր պարամետրերը անվանական ռեժիմում ներկայացված են հավելված 2-ի նկ.հ2.2-ում (տուրբոտեղակայման գործարանային հաշվարկային ջերմային սխեման):

Նկ. 3.3-ում ցույց է տրված տուրբինի արտաքին տեսքը, նկ.3.4-ում՝ տուրբինի կոնստրուկտիվ կառուցվածքը: Տուրբինը բաց վիճակում, որտեղ պարզ երևում են ԲՃԳ-ի և ՑՃԳ-ի վերջին թիակները, ցույց է տրված հավելված 2-ի նկ.հ.2.3-ում:

 

 

 

Տուրբոտեղակայանքի ջերմային սխեման ընդգրկում է տուրբինը, թվով հինգ ՑՃՏ-ները, երեք ԲՃՏ-ները, գազազրկիչը, կոնդենսատորը, հիմնական էժեկտորները, կիպաց­ման էժեկ­տո­րը և զատիչ-շոգեգերտաքացուցիչը (տե՛ս նկ. 3.2):

Շոգեգեներատորներից   թարմ շոգին, որի ճնշումը տուրբինից առաջ 44 կգ/սմ ² է, անցնելով գլխա­վոր կան­գառային փականով՝ 1 և կարգավորող փականով՝ 2, մտնում է տուրբինի ԲՃԳ: Տուր­­բինում շոգու ծախսը 1438 տ/ժ է, ռոտորի պտտման հաճախությունը՝ 50 1/վ (3000 պտ/ր):

Տուրբինի հոսքային մասում շոգու ճնշումը և ջերմաստիճանն աստիճանաբար նվա­զում են, ջերմային էներգիան ձևափոխվում է տուրբինի ռոտորի մեխանիկական էներգիա­յի: Քանի որ տուրբինի ռոտորը իր հերթին միացված է տուրբոգեներատորի՝ 7, ռոտորին, ա­պա տեղի է ունենում մեխանիկական էներգիայի ձևափոխում էլեկտրականի:

ԲՃԳ-ն ունի շոգու 5 առում, որոնց ճնշումները համապատասխանաբար հավասար են՝  , գոլորշու ընդ­հանուր ծախսը՝    (տե՛ս հավելված 2-ի նկ.հ.2.2), էլեկտրական հզորությունը՝

Ելնելով շոգու աշխատունակության և տնտեսական արդյունավետության պայ­մա­նից, ինչ­պես նաև խուսափելու համար մի շարք անցանկալի երևույթներից, նրա խոնա­վությունը տուրբինի հոսքային մասում չպետք է գերազանցի որոշակի սահմանային ար­ժե­քը (որը կախված է տուրբինի թիակների պտտման գծային արագությունից և սո­վորաբար կազմում է 12….14%): Այդ պատճառով ԲՃԳ-ից հետո շոգին ուղարկվում է զատիչ՝ 3, որտեղ նրանից անջատվում է ջրային մասը, որն ուղղվում է սնող ջրի ռեգենե­րա­տիվ տաքացման համակարգ:

Շոգու ճնշումը ԲՃԳ-ի ելքում 3 կգ/սմ ² է, ծախսը՝ 930 տ/ժ: Շոգու նման պարա­մետ­րերի դեպքում նրա միայն զատումը դեռևս բավարար չէ, որ ՑՃԳ-ում խոնավությունը չգերազանցի թույլատրելի արժեքը: Այդ պատճառով զատումից հետո շոգին գեր­տա­քացվում է մակերևու­թա­յին միջանկյալ գերտաքացուցիչներում՝ 4, 5: Դրանցից առաջինում գեր­տա­քացումն իրա­­կա­նացվում է ԲՃԳ-ի II առումից վերցվող  կգ/սմ ² ճնշմամբ գոլորշու, իսկ երկրորդում՝ 43կգ/սմ ² ճնշմամբ թարմ գոլորշու հաշվին: Շոգու գեր­տա­քա­ցումն իրա­կանացվում է մինչև 241⁰C, որի դեպքում ՑՃԳ-ի մուտքում շոգու ճնշումը դառնում է 2,82 կգ/սմ ², իսկ ընդհանուր ծախսը՝    Շոգու նման պարամետրերն ապահո­վում են վերջին աստիճանում գոլորշու վերջնական խոնավապարունակությունը    սահ­ման­ներում: Շոգին, ցածր ճնշման գլանում ընդարձակվելուց հետո, անցնում է կոնդեն­սա­տոր՝ 8, որում հովացնող ջրի հաշվարկային 22⁰C ջերմաստիճանի դեպքում ճնշումը կազմում է 0,052 կգ/սմ ²: Շոգու ծախսը դեպի կոնդենսատոր կազմում է    այսինքն՝ կոն­դեն­սատորն աշխատում է բա­վա­կանին խոր նոսրացման պայմաններում: Նոս­րացումը նրանում ստացվում է բանած շոգու լրիվ կոնդենսացման (շոգու ծավալի կտրուկ փոքրաց­ման) հետևանքով:

Կոնդենսացման ժամանակ անջատված ջերմությունը հեռացվում է կոնդենսատորի ջեր­­մա­­փոխանակության մակերևույթները հովացնող շրջանառու ջրի միջոցով: Շրջա­նա­ռու­թյուն կատարող հովացնող ջուրը կոնդենսատորից ուղղվում է դատարկման ջրատար, որ­տեղից էլ շրջանառության պոմպի միջոցով մղվում է հովացման աշտարակ: Աշտարա­կա­­հովա­ցուց­չում հովացվելուց հետո ջուրը կուտակվում է մատակարարող ջրատարում, որտեղից էլ ինքնահոսով (քանի որ ջրատարի տեղակայման նիշը կոնդենսատորից բարձր է) անցնում է կոնդենսատոր: Նոսրացումը կոնդենսատորում պահպանվում է հիմնական շոգեէժեկտորով՝ 12, որի միջոցով արտածծվում են չկոնդենսացվող գազերը և համակարգի անկիպություն­նե­րից կոնդենսատոր ներթափանցած օդը:

Կոնդենսատը կոնդենսատորից առաջին մղման կոնդենսատային պոմպերով՝ 9 տրվում է ջրաջեռուցիչ տեղակայանք՝ 10, որտեղից տրվում է բլոկային աղազրկիչ (ԲԱՏ)՝ 30, և աղա­զրկված կոնդենսատը երկրորդ մղման կոնդենսատային պոմպերով՝ 11 տրվում է շոգե­տուր­բի­նային տեղակայանքի ջրի ռեգեներատիվ տաքացման համակարգ: Բլոկային աղազրկիչ տեղակայանքն ունի շրջանցող գիծ, որը բացվում է այն դեպքում, երբ կոնդեն­սա­տի մաքրու­թյան աստիճանը համապատասխանում է չափորոշչին կամ՝ ԲԱՏ-ի ան­սար­քության դեպ­քում:

Հիմնական կոնդենսատը երկրորդ մղման կոնդենսատային պոմպի միջոցով անցնում է հիմնական էժեկտորի՝ 12, կիպացումների էժեկտորների՝ 13 կոնդենսատորներով և ցածր ճնշման տաքացուցիչներով՝ 15, տրվում է գազազրկիչ սարք՝ 17, որտեղ և տեղի է ունենում ջրի գազազրկումը: Գազազրկիչ մտնող սնող ջրի ճնշումը    ծախսը՝ 1110 տ/ժ: Գազազրկիչում հավաքվում է շոգեգեներատորի սնման համար անհրաժեշտ ամբողջ ջու­րը: Ճնշումը գազազրկիչում 5 կգ/սմ ² է: Դրանում ջրի տաքացումը մինչև 158 ⁰C (5 կգ/սմ² ճնշմանը համապատասխան հագեցման ջերմաստիճանը) կատարվում է տուր­բինի առու­մից վերցրած գոլորշու հաշվին: Կոնդենսատային պոմպերի արտադրողա­կա­նու­թյունը մոտավորապես հա­վա­սար է տուրբինի արտածման խողովակում շոգու ծախ­սին՝ G=786 տ/ժ, ընդ որում, այդ պոմ­պերն աշխատում են ոչ բարձր ջերմաստիճանների (25….40⁰C) պայ­մաններում և ստեղ­ծում ոչ մեծ էջքեր՝ P=26 կգ/սմ ², ինչը անհրաժեշտ է կոնդենսատը կոն­դենսատորում եղած ճնշումից մինչև գազազրկիչում առկա ճնշումը բարձրացնելու և ցածր ճնշման տա­քա­ցու­ցիչ­ների համակարգի հիդրավլիկական դիմա­դրու­­թյունը հաղ­թա­հարելու համար: Պոմպի ելքում տե­ղադրված է հետադարձ փական, որը կոնդենսատային պոմպերի անջատման դեպքում կան­խում է ջրի հետադարձ ընթացքը: Կոնդենսատային պոմպերի մուտքում և ելքում տեղա­դրված են փականներ:

ՑՃՏ-ները ծառայում են հիմնական կոնդենսատի գազազրկիչում եղած ջրի ջեր­մաս­տի­­ճա­նից մի քանի աստիճանով ավելի ցածր ջերմաստիճանով տաքացնելու համար: Այդ նպա­­տա­կով տուրբինից ընդարձակման պրոցեսում վերցվում է շոգու մի մասը և ուղղվում համա­պա­տասխան ՑՃՏ: Առումների I-VIII հաջորդականության համարակա­լու­մը կա­տար­­վում է ըստ շոգու շարժման: Կոնդենսատային պոմպերից հետո ջրի՝ հիմնական կոն­դեն­սատի (ՀԿ) տա­քացումը կատարվում է առումներից վերցրած շոգու կոնդենսացման հաշ­վին: Տաքացու­ցիչ­ների համարակալումը կատարվում է ըստ սնող ջրի շարժման ուղ­ղու­թյան: Տաքացնող շոգու ցամաքուրդները տաքացուցիչներում եղած ճնշումների տար­բե­րու­թյան հաշվին աստիճանա­բար կասկադային եղանակով հավաքվում են կոնդեն­սա­տորում: ՑՃՏ-5-ից տաքացնող շոգու ցամաքուրդը թափվում է ՑՃՏ-4: ՑՃՏ-4-ից ՑՃՏ-5-ի և ՑՃՏ-4-ի տաքացնող շոգու ցամա­քուրդ­ները ցամաքուրդային պոմպի՝ 16 միջոցով, նրա անջատման դեպքում, մղվում են հիմնական կոնդենսատի գիծ՝ ՑՃՏ-5-ի և ՑՃՏ-4-ի միջև, կամ՝ կոնդենսատոր: ՑՃՏ-5-ը և ՑՃՏ-4-ը սնվում են են տուրբինի ԲՃԳ-ի առումից վերցրած շոգու հաշվին: ՑՃՏ-3-ի ցամաքուրդը, թափվելով ՑՃՏ՝ 2, ցամաքուրդային պոմպի՝ 16 միջոցով, նրա անջատման դեպքում, տրվում է ՀԿ գիծ՝ ՑՃՏ-3-ի և ՑՃՏ-2-ի միջև, կամ՝ կոն­դեն­սատոր: ՑՃՏ-1-ի ցամաքուրդը թափվում է տուրբինի կոնդեն­սա­տոր:

Հիմնական կոնդենսատը, ՑՃՏ-ների խմբում տաքանալուց հետո, տրվում է գազա­զրկիչ: Գա­զազրկիչ են տրվում նաև կասկադային եղանակով միացված ՑՃՏ-ների խմբի ցամա­քուրդ­ները և շոգեգերտաքացուցչի առաջին աստիճանի տաքացուցիչի ցամաքուրդը:

Գազազրկիչում գազազրկվող ջուրը տաքացվում է տուրբինի ԲՃԳ-ից վերցրած շոգու միջոցով: Տաքացված և գազազրկված ջուրը գազազրկիչից անցնում է սնող ջրի բաք:

Ջուրը, բարձր ճնշման տաքացուցիչների ԲՃՏ համակարգի՝ 19 միջոցով տաքանալով մինչև 225 ⁰C, սնող ջրի բաքից սնող պոմպերով՝ 18 տրվում է շոգեգեներատոր: ԲՃՏ-ներում ջրի տաքացումը կատարվում է տուրբինի ԲՃԳ-ից բարձր ճնշման շոգու համապա­տաս­խան առումների հաշվին: Սնող ջրի ռեգեներատիվ տաքացումը հանգեցնում է ցիկլի օ.գ.գ.-ի մե­ծաց­մանը: ԲՃՏ-ների համարակալումը կատարվում (շարունակվում) է ըստ ՑՃՏ-ի համա­րա­կալ­ման: ԲՃՏ-ներից ցամաքուրդը աստիճանաբար, ճնշումների տարբերության հաշվին, լցվում է գազազրկիչ: Սնող պոմպն ապահովում է գազազրկիչի 5 կգ/սմ ² ճնշման բարձ­րա­ցումը մինչև շոգեգեներատորի մուտքում 63 կգ/սմ ² ճնշումը, ինչպես նաև ԲՃՏ-ների հիդրավ­լի­կական դիմադրության և շոգեգեներատորների բարձրության հաղթահարումը: Առավե­լա­գույն ճնշումը պոմ­պի ելքում 85կգ/սմ ² է: Զուգահեռ տեղադրված են հինգ սնող պոմպեր: Սնող պոմպերը, հա­մե­մատած առավելագույն շոգեարտադրողականությանը, ապահովում են  պաշար: Երեք շոգեգեներատորների սնող ջրի ծախսը կազմում է   

Վթարի դեպքում, երբ դադարում է սնող ջրի մատուցումը շոգեգեներատոր, նախա­տես­ված է վթարային սնման պոմպը՝ 9 (տե՛ս նկ. 3.1), որը զուգահեռ միացված է սնող պոմ­պերին և շրջանցելով ԲՃՏ-ները՝ սնող ջուրն անմիջականորեն գազազրկիչից մղում է  շոգեգեներատորների սնող կոլեկ­տոր: Հուսալիության պայմանից ելնելով՝ պետք է տեղադրվի վթարային սնման ոչ պակաս, քան երկու պոմպ:

Սնող պոմպից հետո տեղադրված տաքացուցիչները՝ ԲՃՏ-ները, աշխատում են բարձր ճնշման տակ գտնվող սնող ջրով: Սնող պոմպերից առաջ և հետո տեղադրվում են փականներ: Յուրաքանչյուր շոգեգեներատորի գլխավոր շոգետարի վրա տեղադրված են ապահովիչ փականներ (ПК)՝ դեպի մթնոլորտ արտանետմամբ՝ 17 (տե՛ս նկ. 3.1) :

Շոգու գլխավոր կոլեկտորին միացված է արագագործ ռեդուկցիոն տեղակայանքը՝ (ԱՌՏ-Կ)՝ 10, որը հնարավորություն է տալիս, տուրբինը շրջանցելով, շոգին արտանետել կոնդեն­սա­տոր: Այս անհրաժեշտությունը ծագում է տուրբինի անակնկալ անջատվելու, ինչպես նաև ՇԳԿ-ում ճնշումը թույլատրելիից ավելի բարձրանալու, գործարկման և կանգի դեպքերում, երբ շոգու քանակությունը և որակը չեն ապահովում տուրբինի պարապ ըն­թաց­քի կայուն հաճախության պտուտաթվերը:

Շոգու գլխավոր կոլեկտորին միացված է նաև ԱՌՏ-Մ՝ 11 (ԱՌՏ-ն ուղղված մթնո­­լորտ), որը գործարկվում է շոգու գլխավոր կոլեկտորում ճնշման չափից ավելի բարձ­րա­նալու դեպքում, ինչպես նաև, գոծարկման և կանգի ժամանակ, երբ շոգու քանա­կու­թյունը և որա­կը չեն ապահովում տուրբինի պարապ ընթացքի կայուն հաճախության պտու­տա­թվերը: Մեկ ԱՌՏ-Կ-ի, ինչպես նաև մեկ ԱՌՏ-Մ-ի լրիվ բացվելու ժամանակ շոգու ծախսը կազ­մում է 440 տ/ժ:

Երկրորդ կոնտուրի բոլոր սարքավորումները բնականոն աշխատանքի դեպքում աշ­խա­­տում են մաքուր, ոչ ճառագայթաակտիվ աշխատող մարմնով: Այդ իմաստով տե­ղա­կա­յանքի աշխատանքային պայմանները չեն տարբերվում օրգանական վառելիքով ավան­դական տե­ղա­կայանքի սարքավորումների աշխատանքային պայմաններից: Տարբեր են աշխատանքային պարամետրերը (համեմատաբար ոչ մեծ ճնշումներ, աշխատող մարմնի գերտաքացման բացակայություն):

>>

 

 

 

3.2.   ՏՈՒՐԲԻՆԱՅԻՆ ՏԵՂԱԿԱՅԱՆՔԻ ԹԵՐՈԴԻՆԱՄԻԿԱԿԱՆ ՑԻԿԼԸ T-S ԴԻԱԳՐԱՄՈՒՄ

Ինչպես հայտնի է, ՋՋԷՌ-տիպի ռեակտորով աշխատող ԱԷԿ-ում իրագործվում է Ռեն­կի­նի թերմոդինամիկական ցիկլը: Դիտարկենք K-220-44 տուրբոտեղակայանքի ա­ռանց ռե­գե­նե­րատիվ տաքացման թերմոդինամիկական իդեալական ցիկլը T-S դիագրա­մում, որն իրա­գործվում է հագեցած գոլորշիով (նկ. 3.5):

 

Նկարում ցույց են տրված ցիկլի առանձին պրոցեսները.  - սնող ջրի ճնշման և ջերմաստիճանի իզոէնտրոպ բարձրացումն է կոնդենսատային և սնման պոմպերով,, սնող ջրի տաքացման պրոցեսն է  շոգեգեներատորում, - ջրի եռման – գոլորշիացման իզոթերմ պրոցեսն շոգեգեներատորում, - չոր հագեցած շոգու ադիաբար ընդարձակման պրոցեսն է տուրբինի ԲՃԳ-ում,  - խոնավությունից գոլորշու միջանկյալ զատման իզոթերմ պրոցեսն է ԶՇԳ-ում, 4-5 - շոգու միջանկյալ գերտաքացման իզոբար պրոցեսն է ԶՇԳ-ում, - շոգու կոնդենսացման իզոթերմ պրոցեսն է կոնդենսատորում:

Այսպիսով, նկարում պատկերված է երեք ցիկլ՝

1.             -ցիկլ, երբ չոր հագեցած գոլորշին ընդարձակվում է տուրբի­նում՝ առանց խոնավությունից գոլորշու զատման և գերտաքացման:

2.              ցիկլ, երբ գոլորշին ԲՃԳ-ում աշխատելուց հետո զատ­վում է խոնավությունից և հետագայում ընդարձակվում ՑՃԳ-ում:

3.              ցիկլ, երբ գոլորշին ԲՃԳ-ում աշխատելուց հետո զատ­վում է խոնավությունից, գերտաքացվում և ընդարձակվում է ՑՃԳ-ում:

Ինչպես հայտնի է թերմոդինամիկայից, ըստ T-S դիագրամի՝ ցիկլի ջերմային օ.գ.գ.-ն օգ­տակար աշխատանքի ջերմաքանակը պատկերող և մատուցված ջերմաքանակը պատկե­րող մակերեսների հարաբերությունն է:

Առաջին ցիկլի օ.գ.գ.-ն՝

Երկրորդ ցիկլի օ.գ.գ.-ն՝

Երրորդ ցիկլի օ.գ.գ.-ն՝

Առաջին և երկրորդ ցիկլերի օ.գ.գ.-ները համեմատելիս պարզ երևում է, որ առաջին ցիկլի օ.գ.գ.-ն ավելի մեծ է երկրորդից՝

Այսինքն՝ ցիկլը, առանց շոգու խոնավության զատման, ավելի շահավետ է: Սակայն առանց խոնավության զատման ցիկլը ունի այն հիմնական թերությունը, որ խոնավության աստիճանը տուրբինի վերջին աստիճաններում (տուրբինի ելքում) ստացվում է բա­վա­կանին մեծ՝    ինչը գերազանցում է թույլատրելիի սահմանը՝ 13% (տե՛ս նկ. 3.5):

Երկրորդ ցիկլում, երբ ԲՃԳ-ից հետո իրագործվում է միայն խոնավության զատում, գոլոր­շու խոնավության աստիճանը տուրբինի վերջին աստիճաններում ստացվում է    որը մոտ է թույլատրելիի սահմանին, բայց բավարար չէ:

Այդ պատճառով, բացի խոնավության զատումից, իրագործվում է երրորդ՝ աշխատած գո­լոր­շու գերտաքացման ցիկլը, որը հանգեցնում է ոչ միայն տուրբինի վերջին աստիճան­նե­րում աշխատող շոգու խոնավության (x=0,9, 10%) նվազմանը, այլև օ.գ.գ-ի բարձրաց­մանը՝ համեմատած միայն խոնավությունից շոգու զատման ցիկլի հետ: Այսինքն՝ :

Քննարկված երեք ցիկլերից ամենաշահավետը առաջինն է.

որը, ինչպես նշեցինք, ամենաշատ խոնավություն պարունակող գոլորշով աշխատող ցիկլն է:

Նկ. 3.5-ում պատկերված երեք ցիկլերի թվային արժեքներով հաշվարկների արդ­յունք­­նե­րը հետևյալն են.

Օ.գ.գ-ների այդպիսի բարձր արժեքները բացատրվում է նրանով, որ ցիկլերը դի­տարկ­­ված են որպես իդեալական: Իրականում ԱԷԿ-ի օ.գ.գ.-ները չեն գերազանցում 0,3-ից (30%-ից):

Այսպիսով, ՋՋԷՌ – 440 տիպի էներգաբլոկներում, որոնք կահավորված են K-220-44 տի­­պի տուրբոտեղակայանքներով, գոլորշու միջանկյալ զատումը խոնավությունից և շոգե­գեր­տա­քացումը (3-րդ ցիկլ) անհրաժեշտ պայմաններ են և բլոկը շահագործելիս անվերա­պահորեն իրագործվում են:

>>

 

 

3.3.   ՋՋԷՌ-440 ՌԵԱԿՏՈՐՈՎ ԿԱՀԱՎՈՐՎԱԾ ԱԷԿ-ՈՒՄ ՇՈԳՈՒ ՍԿԶԲՆԱԿԱՆ

ԵՎ ՎԵՐՋՆԱԿԱՆ ՋԵՐՄԱՍՏԻՃԱՆՆԵՐԻ ԸՆՏՐՈՒԹՅՈՒՆԸ

Ինչպես հայտնի է, Ռենկինի իդեալական ջերմային ցիկլի օ.գ.գ-ն հնարավոր է մեծաց­նել՝ բարձրացնելով հագեցած գոլորշու (P₀, t₀) սկզբնական կամ նվազեցնելով ընդարձակ­վող գո­լոր­շու (P_կ, t_կ) վերջնական պարամետրերը:

Այժմ դիտարկենք այն սահմանափակումները, որոնք խոչընդոտում են հագեցած գոլորշու սկզբնական ճնշման (ջերմաստիճանի) բարձրացմանը: Նկ. 3.6-ում պատկերված է Ռենկինի ի­դեա­լական ջերմային ցիկլի օ.գ.գ-ի կախվածությունը հագեցած գոլորշու սկզբնա­կան պա­րա­մետրերից, տուրբինի ելքում հաստատուն ճնշման (0,004 ՄՊա) դեպ­քում:

Ինչպես երևում է նկարում բերված կորից, η_t-ի կախվածությունը հագեցած գոլորշու սկզբնական ճնշումից՝ P միանշանակ չէ: Այն իր առավելագույն արժեքն ընդունում է ճնշման 14, և այնուհետև, ճնշման աճման զուգընթաց, օ.գ.գ-ն նվա­զում է: Դա պայմանավորված է հագեցման վերին սահմանային կորի վրա գոլորշու հատկությամբ: Հա­գեցած գոլորշու էնթալպիան՝ սկսած ճնշման 14 16 ՄՊա արժեքներից, սկսում է նվազել, որի հետևանքով տուրբինում գոլորշու ընդարձակման աշխատանքը նույն վերջնական պարա­մետ­րերի դեպքում նվազում է (ջերմանկումը փոքրանում է):

Ցիկլի ջերմային օ.գ.գ.-ն արագ աճում է մինչև 10 ՄՊա ճնշումը (օրինակ՝ գոլորշու սկզբնա­կան (P) ճնշման աճը՝ 5 ՄՊա –ից մինչև 10 ՄՊա, հանգեցնում է օ.գ.գ.-ի () 3,5% ա­ճին, իսկ (P)-ի աճը՝ 10 ՄՊա-ից մինչև 12,5 ՄՊա, օ.գ.գ.-ի () 0,6% աճին):

Ելնելով ցիկլի ջերմային շահավետությունից՝ նպատակահարմար է ընտրել գոլորշու սկզբնական (P) այնպիսի ճնշում, որին կհամապատասխանի ջերմային ցիկլի օ.գ.գ.-ի () առավելագույն արժեքը: Սակայն հագեցած գոլորշու ճնշման բարձրացումն առաջացնում է որոշակի դժվարություններ՝ կապված միջուկային էներգաբլոկի ռեակտորային արտադրա­մա­սի սարքավորումների պատրաստման և շահագործման հետ, և հնարավոր է, որ հագե­ցած գոլորշու սկզբնական (P) ճնշման բարձրացման հետևանքով օ.գ.գ.-ի աճը չփոխ­հա­տու­ցի միջուկային էներգաբլոկի սարքավորումների լրացուցիչ ծախսերը:

Այսպիսով, օ.գ.գ.-ի առավելագույն արժեքի տեսակետից հագեցած գոլորշու ճնշումը պետք է ընդունվի 10 15 ՄՊա, սակայն այս պայմաններում, հագեցած գոլորշու ընդար­ձակ­­ման ժամանակ խոնավության թույլատրելի մակարդակն ապահովելու համար, կպա­հանջ­վի բազմակի անգամ իրականացնել գոլորշուց խոնավության զատումը, ինչը զգա­լիո­րեն կբար­դացնի տուրբատեղակայանքի տեխնոլոգիական սխեման: Կան նաև այլ պատ­ճառներ, որոնք սահմանափակում են հագեցած գոլորշու սկզբնական ճնշման բարձ­րա­ցումը մինչև վերը նշված մակարդակը: Դրանցից ամենակարևորն այն է, որ հագեցած շոգու սկզբնական ճնշումն ուղիղ կապի մեջ է ջրային ջերմակրով հովացվող ռեակտոր մտնող ջերմակրի ճնշման և շրջա­նառ­վող ջերմակրի ճնշման բարձրացման հետ, որը ժամանա­կա­կից ՋՋԷՌ տեսակի ռեակ­տորների պարագայում, ըստ էության, հասել է իր առավելագույն թույլատրելի սահմանին:

ՋՋԷՌ-440 ռեակտորներով ԱԷԿ-ներում ջերմակրի ճնշումը