Энергетический реактор малой мощности
Дата: 05/07/2021
Тема: Атомная энергетика



Виталий Узиков



  Ильдар Сулейманов

Для обеспечения повышенной безопасности и экономической эффективности атомных энергетических реакторов малой мощности следует посмотреть на дизайн таких установок свежим взглядом и стремиться к выполнению особых требований, нетипичных для обычных АЭС.



К этим требованиям, например,  относятся:

  • предельная простота конструкции реакторной установки;

  • пассивный отвод тепла от реактора по принципу естественной циркуляции во всех режимах, включая аварийные;

  • отсутствие в первом контуре охлаждения механических движущихся элементов, подверженных повышенномуриску поломок при высоких температурах (насосы, обратные клапана, запорно-регулирующая арматура) ;

  • температура теплоносителя в первом контуре должна быть максимально возможной (с учетом свойств конструкционных материалов) для обеспечения высокого КПД реакторной установки;

  • стоимость возведения и, что особенно важно, демонтажа строительных конструкций должна быть минимизирована с учетом неблагоприятных внешних воздействий (падение самолета, ураганы, землетрясения, взрывы при техногенных авариях на близлежащих объектах и т.д.);

  • теплоноситель не должен быть пожаро–  и взрывопасен (исключается, например, такие теплоносители, как натрий и органические теплоносители типа дитолилметана);

  • обеспечение простой и надежной физзащиты объекта, минимальный риск террористической угрозы для объекта;

  • возможность обеспечения безопасной работы реакторной установки с минимальным количеством оперативного и ремонтного персонала;

  • свойства внутренней самозащищенности реакторной установки, ограничивающей возможности негативно воздействовать на работу при ошибочных или злонамеренных действиях персонала;

  • требования к квалификации персонала должны быть ниже, чем на крупных АЭС с их сложными и разветвленными системами;

  • отсутствие электроснабжения реакторной установки не приводит к опасным аварийным ситуациям, повлекшим разгерметизацию твэлов.

Возможно, этим требованиям вполне удовлетворяет реакторная установка со свинцовым теплоносителем,  в которой при отсутствии циркуляционного насоса увеличение интенсивности циркуляции через реактор может быть достигнуто за счет разности гидростатического напора на подъемном и опускном участках трубопроводов. Для этого разность высот между активной зоной реактора и парогенератором со свинцовым теплоносителем целесообразно делать максимальной. Поэтому логично располагать корпус реактора глубоко поз землей, а парогенератор – на уровне земли.

Расположение реактора под землей обеспечивает защиту от внешних воздействий и резко снижает стоимость демонтажа реакторной установки после вывода из эксплуатации. В качестве примера можно привести упрощенную схему такого реактора, с параметрами свинцового теплоносителя, аналогичного параметрам в первом контуре для реактора БРЕСТ-ОД-300.

Перегрузка реактора производится при сниженном уровне свинцового теплоносителя, что позволяет производить замену ТВС при разуплотненной крышке реактора. Снижение и заполнение уровня производится с использованием обогреваемого монжуса (Рисунок 1).

Рисунок 1 – Упрощенная схема энергетического реактора малой мощности на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем

В качестве примера возможности реализации такой реакторной установки в Таблице 1 приводятся основные расчетные параметры жидкометаллического контура охлаждения активной зоны с естественной циркуляцией расплава свинца. 

Таблица 1. Основные параметры корпусного энергетического реактора малой мощности на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем

При аварии с разрывом во втором контуре парогенератор опорожняется,после чего реактор охлаждается за счет естественной циркуляции воздуха, омывающего верхнюю часть корпуса реактора, а затем нагретый воздух проходит в канал, в котором находится вертикальный трубопровод первого контура, и, пройдя через фильтры, отводится в атмосферу. Постепенно, с уменьшением уровня остаточного энерговыделения, сопротивление в этом контуре увеличивают, прикрывая заслонку, расход естественной циркуляции воздуха уменьшается, чтобы поддерживать температуру расплава в оптимальном диапазоне. При этом циркуляция свинцового теплоносителя в первом контуре не нарушается, но скорость циркуляции значительно снижается.

Для выгрузки тепловыделяющих сборок свинцовый теплоноситель сливается в обогреваемый монжус, что обеспечивает возможность разуплотнения крышки корпуса реактора и замену ТВС.

В рассматриваемых ситуациях с разрывом трубопровода первого контура и штатным понижением уровня в первом контуре для проведения перегрузки охлаждение осуществляется за счет передачи тепла циркулирующему воздуху, охлаждающему верхнюю часть корпуса реактора. Нагретый воздух затем направляется в вертикальный канал, в котором расположены вертикальные трубопроводы, где создает необходимую естественную циркуляционную тягу, а сам канал при этом действует как вытяжная труба, в которойрасход воздуха можно регулировать, увеличивая или уменьшая гидравлическое сопротивление этому потокудля поддержания температуры свинцового теплоносителя в корпусе реактора на уровне 400 ... 450 градусов Цельсия. При этом в самом корпусе сохраняется укороченный контур естественной циркуляции через активную зону, поскольку нагреватель расположен в нижней части корпуса реактора, а охладитель - в верхней.

После перегрузки топлива и уплотнения крышки реактора производят прогрев всех трубопроводов первого контура до температуры не ниже 350°С и заполняют свинцовым теплоносителем весь контур естественной циркуляции, выдавливая расплав сжатым газом из монжуса. Реактор готов к работе и при подъеме мощности запускается парогенератор. Так как мощность реактора относительно небольшая, продолжительность кампании между перегрузками составляет несколько лет.

Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, проведенные при проектировании реактора БРЕСТ-OД-300, который создается в рамках проекта «Прорыв», позволяют минимизировать затраты на проектирование этого реактора малой мощности.







Это статья PRoAtom
http://www.proatom.ru

URL этой статьи:
http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=9695