Главными особенностями системы перегрузки ядерного топлива (ЯТ) в (ЯР) на быстрых нейтронах (БН) с жидкометаллическим теплоносителем являются:
1) необходимость обеспечения герметичности ЯР при перегрузочных операциях из-за высокой агрессивности теплоносителя с воздухом и водой;
2) высокая удельная энергонапряженность и глубокое выгорание ЯТ требуют интенсивного охлаждения выгружаемых из активной зоны ТВС из-за значительного остаточного тепловыделения. Первая особенность связана с тем, что жидкий натрий, используемый в качестве теплоносителя в БР, чрезвычайно бурно (вплоть до взрыва) реагирует с водой и воздухом Поэтому перегрузка ЯТ на работающем ЯР небезопасна и ее проводят на остановленном реакторе.
Все перестановки ТВС (загрузка свежих, выгрузка отработавших, перестановки частично выгоревших внутри реактора и др.) как в активной зоне, так и в зоне воспроизводства осуществляют под слоем натрия. ЯР до некоторого уровня заполнен натрием, над которым располагается инертный газ (аргон). Аргон компенсирует температурные расширения натрия, изолирует верхнюю часть ЯР от горячего теплоносителя, выходящего из активной зоны и предотвращает контакт натрия с воздухом при случайной разгерметизации корпуса. Высоту уровня теплоносителя над головками ГВС выбирают такой, чтобы при перегрузке ТВС их транспортировка проходила под слоем натрия, что обеспечивает их надежное охлаждение. Вторая особенность перегрузки ЯТ в БР определяется конструкцией активной зоны ЯР на БН: 1) она загружается высокообогащенным топливом с тесной решеткой, 2) отсутствует замедлитель и высока удельная энергонапряженность на единицу объема (в 3-5 раз больше, чем у ВВЭР). Для безопасной транспортировки ТВС в долговременное хранилище после извлечения из ЯР требуется их интенсивное охлаждение вне ЯР. Поэтому отработавшие ТВС размещают в периферийных ячейках боковой зоны воспроизводства. В ЯР БН-600 это промежуточное хранилище 4 является продолжением зоны воспроизводства, что значительно упрощает конструкцию РУ.
Сечение ядерного реактора БН-600: 1 — частично выгоревшие ТВС активной зоны; 2 — свежие ТВС активной зоны; 3 — внутренняя зона воспроизводства; 4 — хранилище отработавших ТВС; 5 -внешняя зона воспроизводства; 6 — регулирующий стержень: 7 — компенсирующий стержень; 8 — стержень аварийной защиты
Число ячеек в промежуточном хранилище соответствует числу ТВС, выгружаемых за одну перегрузку. В промежуточном хранилище ТВС расхолаживаются натрием первого контура до момента следующей перегрузки. ТВС из зоны воспроизводства благодаря малому остаточному тепловыделению в промежуточное хранилище не помещаются, а сразу извлекаются из ЯР.
На атомных электростанциях, как и на других промышленных предприятиях, образуются отходы. Мы занимаемся вывозом мусора, в том числе и с АЭС.
Перегрузка ТВС из ЯР на ВН(либо из активной зоны, либо из зоны воспроизводства, либо из промежуточного хранилища) осуществляется двумя вариантами:
- с помощью РЗМ (БОР-60);
- с помощью специальных механизмов, из которых наиболее распространен элеваторный подъемник (БН-350, БН-600, «Феникс», «Суперфеникс»).
ЯР на БН не имеют съемной герметизирующей крышки. Корпус ЯР сверху имеет две многослойные плиты (верхние поворотные защитные пробки) системы радиационной зашиты. Эти защитные пробки используются в системе перегрузки ЯТ. Большая пробка перекрывает горловину ЯР. Эксцентрично в ней располагается малая пробка. На малой пробке смонтирован внутриреакторный механизм перегрузки (ВМП), представляющий собой телескопическую штангу с захватным устройством и несколькими электромеханическими приводами. Пробки приводятся во вращение по командам автоматизированной системы управления электромеханическими приводами. С помощью защитных пробок ВМП наводится на ТВС, подлежащие перегрузке, а также транспортирует их внутри ЯР.
Процесс перегрузки ТВС в ЯР на БН с жидкометаллическим теплоносителем осуществляется в следующей последовательности. После остановки ЯР, оборудование, обеспечивающее перегрузку, работает в режиме автоматического управления. Захватное устройство ВМП сцепляется с головкой перегружаемой ТВС и втягивает ее внутрь направляющей трубки ВМП, предохраняющей ТВС от раскачиваний и случайных механических повреждений. Совместным вращением обеих пробок ВМП с ТВС переносится в заданное место. После выдержки в промежуточном хранилище в течение нескольких недель, за которые значительно уменьшается остаточное тепловыделение, отработавшие ТВС из промежуточного хранилища переставляются в долговременное хранилище. Эта операция осуществляется уже при работающем ЯР.
В ЯР БН-350 и БН-600 дальнейшие операции по перегрузке выполняются в следующей очередности. Отработавшие ТВС с помощью ВМП извлекаются из промежуточного хранилища или из зоны воспроизводства, устанавливаются в гнездо подвижной каретки элеватора. Кареткой по наклонной направляющей ТВС перемещается из ЯР вверх под перегрузочный патрубок к механизму передачи ТВС, который расположен в специальном боксе. Механизм передачи сборок осуществляет передачу ТВС из гнезд каретки элеватора в барабан выгоревших ТВС во внешнем хранилище ЯТ. Перенос ТВС в ЯР происходит в среде натрия, а транспортировка из ЯР в передаточный бокс — в среде инертного газа. По окончании перегрузки ТВС из барабана выгоревших сборок перемещаются в обмывочные гнезда для обмывки от натрия паром и водой, после чего ТВС транспортируются к БВ с водой. Загрузка свежих ТВС производится в обратной последовательности. Полный цикл перегрузки одного гнезда активной зоны ЯР занимает около 50 мин.