Кожух активной зоны — это цилиндр из нержавеющей стали, окружающий активную зону ядерного реактора , основная функция которого — направлять поток охлаждающей воды. [1] Активная зона ядерного реактора — это место, где происходят ядерные реакции . Поскольку реакции экзотермические , для предотвращения расплавления активной зоны реактора необходима холодная вода. Кожух активной зоны помогает, направляя эту холодную воду к активной зоне реактора, обеспечивая стабильность ядерных реакций.
Кожух активной зоны состоит из нескольких цилиндрических тепловых экранов , уложенных друг на друга. Между каждым тепловыделяющим экраном находится горизонтальная цилиндрическая пластина из нержавеющей стали, которая помогает удерживать тепловые экраны на месте. Затем пластины свариваются вместе с тепловыделяющими экранами, так что они создают одну прочную конструкцию. Затем вертикальные стяжные болты используются для укрепления каждой горизонтальной пластины с их соседними тепловыделяющими экранами, стабилизируя цилиндрический кожух активной зоны. Тепловые экраны необходимы, поскольку кожух активной зоны находится вблизи активной зоны ядерного реактора, где постоянно присутствует тепло. Тепловые экраны предотвращают повреждение кожуха активной зоны теплом, поглощая или отражая тепло.
Стенки кожуха активной зоны относительно тонкие, их толщина составляет от трех до пяти сантиметров. [2] Это связано с тем, что кожух активной зоны не рассчитан на длительное выдерживание высокого давления, поэтому более толстые стенки не нужны для выполнения функций кожуха активной зоны.
Основная функция кожуха активной зоны — направлять поток воды внутрь корпуса реактора. [2] Холодная вода закачивается в корпус реактора из внешнего источника воды. [3] Холодная вода стекает вниз между стенкой корпуса реактора и внешней стенкой кожуха активной зоны, где она встречается с топливными сборками . Именно здесь холодная вода нагревается, а нагретая вода течет обратно вверх по зазору между стенкой корпуса реактора и внешней стенкой кожуха активной зоны. Это создает пар, поскольку вода нагревается, который затем используется для привода паровой турбины , которая питает генератор и вырабатывает электричество. Направляя холодную воду в корпус реактора и позволяя нагретой воде подниматься и испаряться, кожух активной зоны успешно охлаждает ядерные реакции.
Для того, чтобы активная зона реактора оставалась холодной, иногда требуется большее количество воды, что приводит к эффекту, подобному затоплению в самом корпусе реактора. [2] Кожух активной зоны должен сохранять свою прочность при затоплении корпуса, чтобы активная зона реактора не расплавилась. Кожух активной зоны должен быть построен так, чтобы выдерживать давление дополнительной воды, поскольку в случае его разрушения топливные сборки не смогут нормально охлаждаться.
В 1990 году в кожухах активной зоны было обнаружено коррозионное растрескивание под напряжением (SCC), что привело к повышению осведомленности о техническом обслуживании кожуха активной зоны. [1] Регулярные проверки кожуха активной зоны стали обязательными на большинстве атомных электростанций по всему миру, поскольку в случае разрушения кожуха активной зоны могла произойти ядерная авария . [4]
Кожухи активной зоны трескаются, потому что тепло от ядерных реакций в сочетании с постоянной текущей водой в конечном итоге изнашивает стальные пластины. [5] Одним из методов, используемых для решения этой проблемы, является укрепление пластин кожуха активной зоны. [2] Это делается с помощью анкерного болта , который используется для крепления дополнительных стальных пластин к поверхности кожуха активной зоны, тем самым укрепляя конструкцию. Это наиболее распространенный метод, используемый для устранения трещин в кожухе активной зоны, поскольку он прост и относительно безопасен. Замена кожуха активной зоны также является вариантом, но это не рекомендуется, поскольку треснувшие пластины необходимо удалять вручную, делая рабочих уязвимыми для радиации.
В ядерной катастрофе на Фукусиме-1 были обнаружены трещины в кожухах активной зоны. [5] Однако в этом конкретном случае трещины в кожухе активной зоны не были причиной ядерной катастрофы. Несколько других факторов, таких как землетрясение, цунами и отказы оборудования, нанесли наибольший ущерб атомной электростанции. Было высказано предположение, что если кожух активной зоны разрушится из-за трещины, это может привести к катастрофическому ядерному расплавлению. [4]