Реактори Канду

Канадські реактори з використанням природного урану та важкої води

CANDU - марка ядерних реакторів, розроблена з 1950-х років у Канаді. Його походження бере початок від угоди, підписаної 19 квітня 1943 р. У Квебеку про встановлення ядерного співробітництва між США та Великобританією під час Другої світової війни. Поки манхеттенський проект був у самому розпалі, американці відмовлялися ділитися зі своїм найкращим союзником своїми секретними дослідженнями щодо збагачення урану та видобутку плутонію. Однак навесні 1944 року вони приймають будівництво великої атомної купи на основі важкої води у спільній співпраці Великобританії, США та Канади. Атомна купа була побудована за два роки, починаючи з 1945 року, на красивій і ізольованій ділянці біля річки Крейда вздовж річки Отави.

Реактори CANDU - це реактори важкої води, що спалюють природний уран як ядерне паливо. Використання природного урану зробило цей варіант привабливим у той час, коли багато країн не мали доступу до збагаченого урану. Складність полягала в наявності важкої води. Всі канадські реактори належать до системи CANDU, яка експортувалася, зокрема, в Індію та Пакистан.

Відкриття та розділення дейтерію відбулося в 1932 році американським хіміком Гарольдом Урі, якому після тривалої дистиляції та фракційного електролізу води вдалося виділити важку воду як крихітну частку звичайної води. У 1940 р. Світовий запас важкої води, який утримувала Норвезька компанія з азоту, становив 185 кг. Саме ці 185 кг французька місія повернула до Коледжу Франції 9 березня, незадовго до наступу Німеччини в травні 1940 р. (Фільм "Битва на важкій водіПотім дорогоцінні 185 кг потрапили до Англії. Пізніше виробництво важкої води з розвитком промисловості розпочалося в Канаді з 1943 р. Сьогодні, якщо світовий запас більше не враховується кілограмів, важка вода залишається рідкісним і дорогим матеріалом для виробництва.

Реактори CANDU використовують важку воду як сповільнювач, так і охолоджувач. Вони можуть бути під тиском. Важка вода під тиском, як у реакторі PWR, може досягати більш високих температур без кипіння і може виділяти більше тепла з активної зони реактора. У 2011 році в усьому світі експлуатувалось 46 реакторів Канду з важкою водою під тиском, у тому числі 11 в Індії.

У молекулах важкої води два водню замінені важкими атомами Гідрогену, названими дейтерієм, ядро яких замість єдиного протона складається з протона та нейтрона. Важка вода з ультрачистим графітом є єдиним модератором, який дозволяє використовувати природний уран.

Реактор, що використовує природний уран, бідний розщеплюваним ураном-235, може працювати лише з нейтронами з низькою енергією, які називаються тепловими. Завдання полягає в отриманні цих теплових нейтронів з мінімальними втратами під час зіткнень, які сповільнюють нейтрони. Ядро дейтерію захоплює нейтрони в 600 разів рідше, ніж протони водню звичайної води, отже, використання важкої води як сповільнювача.

Природне уранове паливо безперервно завантажується на повну потужність, що дозволено підрозділом активної зони реактора між кількома сотнями трубок. Ці трубки складаються з декількох елементів близько 20 кг, довжиною 50 см, виготовлених із природного урану, зануреного в охолоджуючу важку воду під тиском. Кожна з цих трубок також оточена зовнішньою трубкою, наповненою також важкою водою, але при низькому тиску та температурі, яка виконує роль сповільнювача.

Безперервне завантаження та розвантаження уранового палива є однією з характеристик реакторів CANDU. Оскільки природний уран містить лише 0,7% ділимого ізотопу 235, активна зона реактора призначена для постійного перезавантаження свіжим паливом, що замінює відпрацьоване паливо. Це на відміну від реакторів легкої води, таких як PWR, де збагачене паливо щороку замінюється третім. Теоретично реактор CANDU не потрібно вимикати.

За нормальних умов експлуатації паливні елементи залишаються в реакторі досить довго, щоб плутоній втратив свою якісну зброю.