Корпуса ядерных реакторов из ПНЖБ (предварительно напряженный железобетон).

Основные преимущества и недостатки этих конструкций сравнительно с обычными схемами реакторов со стальными активными корпусами и отдельными бетонными биологическими защитами.

Преимущества напряженных железобетонных корпусов:

1. Отпадает необходимость в сложном изготовлении активного корпуса из высококачественных сталей со сваркой толстостенных конструкций и отпуском сварочных напряжений (необходимом при толщине свыше 35 – 40 мм).

2. Исключаются ограничения в размерах активного корпуса, которые при стальном корпусе лимитируются технологической сложностью изготовления. Неограниченность размеров корпуса позволяет размещать внутри него парогенераторы или теплообменники, причем возможна любая целесообразная геометрическая форма активного корпуса.

3. В значительной мере используются механические возможности статически недогруженной бетонной биологической защиты. При этом бетон работает с наибольшим напряжением при отсутствии давления внутри корпуса, т. е. когда реактор не работает, и с минимальным напряжением и деформациями при рабочей нагрузке.

4. По мнению некоторых авторов, корпус из предварительно напряженного бетона более безопасен, чем стальной. Характерная особенность этого корпуса - медленно прогрессирующая деформация и возникновение трещин при повышении давления, что предупреждает при запроектных давлениях о перенапряженном состоянии и угрозе разрушения.

5. Отмечается больший коэффициент запаса против возможного катастрофического разрушения бака реакторной системы с корпусом из предварительно напряженного бетона по сравнению со стальным баком.

6. Разрушение одного арматурного пучка или троса в напряженном активном корпусе не будет существенно влиять на прочность сооружения в целом и не будет приводить к разрушению других тросов.

7. Толстая бетонная защита, создаваемая корпусом из предварительно напряженного бетона, позволяет обследовать поверхность бетона и различные предварительно напряженные элементы во время работы реактора. Если требуется, напряженные тросы (пучки) подвергать повторному натяжению или заменять во время эксплуатации реактора том случае, если каналы, где пропущена напряженная арматура, не залиты цементным раствором.

8. При строительстве активного корпуса из предварительно напряженного бетона применяются хорошо проверенные на практике строительные материалы и методы строительства, используемые в промышленных и гидротехнических сооружениях.

9. Отдельными авторами отмечается некоторая общая экономия расхода стали на сооружение реактора, учитывая и напряженную арматуру, и внутреннюю облицовку камеры, что не является бесспорным. Сравнивая расход стали в том и другом случае, конечно, необходимо учитывать разницу в стоимости и возможность своевременного получения высококачественной стальной проволоки для тросов в напряженном бетоне и высококачественной прокатной толстолистовой стали для стального активного корпуса. Оценка этих факторов может быть различной.

10. Утверждение, что применение корпусов из предварительного напряженного железобетона дает экономию сравнительно со стальным корпусом и бетонной биологической защитой на 10 или 15% общего объема капитальных затрат, не обоснованы и преувеличены. Вся стоимость строительно-монтажных работ по реакторной установке составляет не больше 20—30% общих капитальных затрат на ее сооружение, поэтому замена конструкции корпуса не может дать экономию, равную половине стоимости всех строительно-монтажных работ.

11. Основное армирование конструкций производится после укладки бетона, что позволяет вести все работы по армированию (кроме натяжения тросов и местной арматуры обрамления отверстий и других, устанавливаемых до бетонирования) в процессе твердения бетона с одновременным производством монтажных работ во внутренней полости корпуса (и в частности, установки внутренней облицовки, термоизоляции и системы охлаждения).

12. Некоторые авторы отмечают, что большая толщина бетонного корпуса реактора, определяемая конструктивными условиями, обеспечивает высокий уровень радиационной защиты, который значительно превышает уровень защиты, требуемый по условиям техники безопасности. Толщину корпуса, определяемую из конструктивно-расчетных соображений, необходимо оценивать с учетом экономических показателей по стоимости сооружения в целом.

К недостаткам напряженных железобетонных корпусов следует отнести:

1. Непосредственное приближение массивной бетонной биологической защиты к активной зоне реактора, что вызывает без применения специальных мер увеличение температурных напряжений в защите.

2. Сложность статического расчета конструкции, особенно если учитывать неравномерность ее нагрева по толщине стен и по длине активной зоны реактора (и вне ее границ), а также практическую невозможность достоверного учета явлений усадок и ползучести бетона.

3. Большое количество технологических отверстий в корпусе-защите, в том числе и крупных (для труб теплоносителя). Это заставляет включать в состав железобетонного корпуса много металлических обрамлений и закладных частей, требующих весьма точной установки, что существенно затрудняет монтаж и бетонирование и требует дополнительного включения стержневой арматуры.

4. Затруднительность достоверного определения краевых напряжений по контурам отверстий в напряженном железобетонном корпусе. Краевые напряжения весьма значительны и сочетание арматурного усиления этих зон с напряженной арматурой основной части корпуса представляет серьезные расчетные и конструктивные трудности.

5. Особую сложность при проектировании предварительно напряженных железобетонных корпусов, создания загрузочных (для горючего) крышек пересеченных сотнями отверстий для рабочих каналов и регулирующих стержней.

6. Необходимость обеспечения высокой точности расположения напряженной арматуры и степени ее напряжения. Все это осложняет и замедляет темпы по сооружению реактора.

7. Необходимость применения сложных и точных устройств (обычно гидравлических) для создания натяжения арматуры, которые остаются и на эксплуатационный период.

8. Сооружение корпуса реактора из предварительно напряженного железобетона исключает работы по заготовке элементов стального корпуса на заводе с дальнейшей сваркой их в условиях завода или в камере реактора.

9. Активный корпус из предварительно напряженного железобетона требует постоянного эксплуатационного надзора и регулирования напряженной арматуры.

Сопоставляя и анализируя все преимущества и недостатки корпусов из преднапряженного железобетона, нельзя однозначную рекомендацию широкое применения в практике реакторостроения этого производственно сложного решения, а выбрать то или иное решение необходимо в каждом отдельном случае глубокий технико-экономический анализ.