Проект жидкосолевого реактора (ЖСР) от TAP

0 1780

Окриджская национальная лаборатория (ORNL) выпустила в январе 2017 года отчёт с результатами нейтронно-физического анализа проекта ЖСР компании "Transatomic Power Corporation" (TAP).

TAP и MSRE

Компания TAP создана в 2011 году. В компании ведутся разработки проекта жидкосолевого реактора энергетической мощности.

Финансовую поддержку компания получает от венчурных фондов и инвестиционных компаний. В рамках программы GAIN компания сотрудничает с ORNL, где проводятся нейтронно-физические исследования предлагаемой концепции.

Проект ЖСР TAP базируется на решениях, использованных в окриджском жидкосолевом реакторе MSRE. Однако в нём есть два принципиальных новшества.

В MSRE в качестве топлива использовалась сложная смесь LiF-BeF2-ZrF4-UF4. В проекте TAP предлагается перейти на LiF-UF4.

Новая соль позволяет резко увеличить содержание в топливе урана - с 0,9% до 27,5%. Следовательно, вместо оружейного (93%) урана можно перейти к урану реакторного обогащения. При этом температуры плавления обеих солей примерно равны - 434°C и 490°C, соответственно.

Второе новшество, принятое в TAP - отказ от графитового замедлителя. Графит обладает подходящими для замедлителя сечениями захвата и хорошо соседствует с жидкими солями. Но приращение летаргии на акт соударения у графита относительно невелико, соответственно, объёмная доля графита в активной зоне должна быть большой.

По этой причине, в проекте TAP в качестве замедлителя выбран гидрид циркония. Следствием такого решения стала, в частности, возможность уменьшить размеры активной зоны и поднять удельную энергонапряжённость.

Разработчики ЖСР TAP отмечают, что в их проекте возможно достигать сверхглубоких выгораний - как минимум, вдвое больших, чем в легководных реакторах. Они подчёркивают также, что осознанно выбрали более мягкий, чем в быстрых реакторах, спектр нейтронов с целью уменьшить интегральное за кампанию воздействие быстрых нейтронов на конструкционные материалы.

Проект ЖСР TAP

Проект ЖСР TAP представляет собой проект реактора тепловой мощностью 1250 МВт(т) и электрической мощностью 520 МВт(э).

В состав первого контура входят корпус реактора, насосы и теплообменник. Конструкционные материалы - сплав на основе никеля, обладающий хорошими характеристиками по устойчивости к коррозии со стороны жидких солей.

Выходная температура жидкой соли первого контура - порядка 650°C.

Рабочее тело второго контура, состоящего из нескольких петель - жидкая соль LiF-KF-NaF. Второй контур соединён с третьим через парогенераторы, в третьем контуре производимый пар подаётся на турбину.

По третьему контуру рассматривается также вариант с циклом Брайтона на углекислом газе сверхкритических параметров sc-CO2.

В проекте предусмотрены система удаления осколков деления из первого контура и система подпитки топливным материалом. Масса топлива в активной зоне поддерживается в ходе кампании на примерно постоянном уровне, что позволяет реактору сохранять критичность на протяжении десятилетий.

Компоновка ЖСР TAP

 

w0187_1.jpg

 

Принципиальная схема блока с ЖСР TAP.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

 

w0187_2s.jpg

 


A - корпус реактора;
B - насосы для перекачки жидкого топлива;
C - теплообменники первого контура;
D - аварийная арматура (freeze valve);
E - дренажный бак первого контура;
F - насосы второго контура;
G - парогенератор;
H - дренажный бак второго контура;
I - бассейн-ловушка топлива.

Аварийная арматура (freeze valve) представляет собой отвод от реактора, запечатанный в нормальных условиях пробкой из соли, находящейся в твёрдом состоянии за счёт электроохлаждения.

При аварии с потерей внешнего питания, электроохлаждение прекращается, солевая пробка расплавляется и теплоноситель первого контура сливается во вспомогательный бак (бассейн-ловушку). СЦР при этом прекращается благодаря отсутствию во вспомогательном баке замедлителя и благодаря его геометрии.

Активная зона ЖСР TAP

Активная зона ЖСР TAP имеет цилиндрическую форму. Теплоноситель, он же жидкое топливо, прокачивается через сборки замедлителей, набранные из стационарных и перемещаемых стержней малого диаметра и состоящих из гидрида циркония и устойчивой к коррозии оболочки.

Отношение объёмных долей замедлителя и жидкой соли за время кампании изменяется с помощью перемещаемых стержней замедлителя. Соответственно, за время кампании спектр нейтронов смещается из области промежуточных энергий в тепловую область.

Под промежуточным спектром здесь понимается такой спектр, при котором большинство делений происходит в диапазоне от 1 эВ до 100 кэВ.

В отчёте TAP используется иное определение промежуточного спектра - спектр, в котором большая часть нейтронов находится в диапазоне от 1 эВ до 1 МэВ.

Для топлива в работе ORNL были предусмотрены три сценария:

      - обогащение начальной загрузки 5%, обогащение подпитки 5%;

      - обогащение начальной загрузки 5%, подпитка материалом из ОЯТ LWR;

      - обогащение начальной загрузки 10%, обогащение подпитки 19,9%.

Активная зона ЖСР TAP

 

w0187_3.jpg

 

Спектры нейтронов в ЖСР TAP (замедлитель ZrH1,66).
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

 

w0187_4s.jpg

 


BOL - начало кампании;
EOL - конец кампании.

Результаты ORNL

Из отчёта ORNL можно заключить, что проект ЖСР TAP пока находится на уровне поисковых исследований. В отчёте отмечается, что он соответствует первому этапу совместных работ ORNL и TAP.

Для нейтронно-физических исследований на первом этапе применялись двумерные модели. Использованный код - ChemTriton, в состав которого входят SCALE для расчёта реактивности и потоков и модуль SCALE/TRITON для расчётов выгорания.

Из результатов, полученных на первом этапе, в отчёте ORNL делается следующий вывод.

При работе с промежуточным спектром на протяжении первых 15 лет кампании в реакторе образуется достаточное количество делящегося плутония, чтобы обеспечить достижение глубины выгорания 87,8 ГВт×сут/т после 29 лет работы.

На следующих этапах будут предприняты уже более серьёзные расчёты с использованием трёхмерных моделей.

Планируется изучение коэффициентов реактивности, пространственного распределения энерговыделения, алгоритмов перемещения стержней замедлителя, боковых и торцевых отражателей, флюенса на стержни замедлителя и других параметров.

Эти расчёты потребуют большего компьютерного времени, однако они необходимы для разработки проекта ЖСР TAP в целом.


В статье использованы материалы ORNL и компании TAP.

 

Крым и пресная вода

Без чего человек, как биологический вид, жить не может в принципе? Без воздуха, еды и воды. Но если с едой ещё можно как-то разобраться, включив в свою пищевую цепочку – если «припрёт» ...

Борис на «царстве». Про Иуду-ельцина

13 мая 2008 г. на тот момент действующий Президент Российской Федерации Д. А. Медведев подписал закон «О центрах исторического наследия президентов РФ, прекративших исполнение своих по...

ОЛИГАРХИЧЕСКИЙ ИНТЕРНАЦИОНАЛ

Социальные, политические, экономические, военные, идеологические, нравственные, техногенные, психологические и прочие рукотворные планетарные нестроения с возрастающей динамикой лавиной...