Канальные реакторы со сверхкритическими параметрами теплоносителя

 

ФГУП «НИКИЭТ им. Н.А. Доллежаля» предложена концепция АЭС с канальным прямоточным ядерным реактором со сверхкритическим давлением теплоносителя (КР-СКД) (Рис. 1.36). Параметры водяного пара перед турбиной: t=540°С; Р=24 МПа. Концепция базируется, в основном, на отработанных технологиях и технических решениях в рамках традиционного уран-плутониевого топливного цикла.

В результате оптимизационных расчётов получено, что по эффективности топливного цикла и нейтронно-физическим свойствам безопасности наилучшими перспективами для КР-СКД обладает конструкция с керметным топливом в трубчатых твэлах. Она и была принята за основу концепции.

Выбор оптимальной U- образной конструкции ТК и тяжеловодного замедлителя позволил обосновать характеристики активной зоны при работе реактора в установившемся режиме частичных (с долей 1/7) перегрузок с кампанией 7 календарных лет. Конструктивные узлы реактора в значительной части отработаны промышленностью и освоены эксплуатацией.

Оценки обоснованных в концепции решений показали, что энергоблок с КР-СКД тепловой мощностью 1960 МВт обладает КПД нетто более 42%.

Рис. 1.36 Конструктивная схема реактора КР-СКД

 

1 – опора; 2 – бак боковой защиты; 3 – кожух; 4 – коллектор отводящий;
5 – коллектор подводящий; 6 – верхнее перекрытие; 7 – канал топливный;
8 – трубопроводы теплоносителя; 9 – плита верхняя; 10 – бак-каландр с тяжёлой водой; 11 – шахта реактора; 12 – плита опорная.

 

Литиевый высокотемпературный реактор канального типа

Ленинградской АЭС и РНЦ КИ предложена концепция развития канального направления реакторостроения с применением в качестве теплоносителя лития.

В качестве примера предложена двухконтурная АС с высокотемпературным канальным реактором на тепловых нейтронах с литиевым жидкометаллическим теплоносителем, твёрдым замедлителем (ЛВТР-К) на сверхкритические параметры пара второго контура.

В качестве замедлителя используются композитные материалы на основе нитрида бора, карбида бора с термостойким покрытием из нитрида бора. Для исключения контакта лития с атмосферным воздухом, пространство между поверхностью теплоносителя в реакторе и верхней биозащитой заполнено аргоном. Циркуляция теплоносителя через активную зону и прямоточные парогенераторы осуществляется бессальниковыми герметичными центробежными насосами.

Перегрузка топлива должна осуществляться РЗМ на работающем или остановленном реакторе.

Основные характеристики энергоблока с реактором ЛВТР-К1500 указаны в таблице 1.15.

Таблица 1.15

Предлагаемые основные характеристики энергоблока
с реактором ЛВТР-К 1500.

Характеристика	Единица измерения	Величина
Электрическая мощность	МВт
Тепловая мощность	МВт
КПДБРУТТО	%	50%
Диаметр активной зоны	м	5.4
Высота активной зоны	м	4.7
Количество ТК с топливной загрузкой	шт.
Шаг решётки	м	0.15
Максимальная мощность ТК	МВт	4.15
Максимальная линейная нагрузка на твэл	Вт/см
Максимальная температура замедлителя (BN)	°С
Количество стержней СУЗ, в том числе: первая система АЗ вторая система АЗ система ЛАР-РР	шт.
Суммарная эффективность стержней АЗ	bэф	8.0
Подкритичность холодного разотравленного реактора при взведённых АЗ и погруженных остальных стержнях	%	1.5
Температурный коэффициент активной зоны (теплоноситель, замедлитель, топливо)	1/°С	-1.2 10-5
Эффект реактивности от слива теплоносителя из АЗ	bэф	0±0.3 b
Расход теплоносителя через реактор	т/ч
Температура теплоносителя: на входе в реактор на выходе из реактора	°С
Давление теплоносителя на входе в реактор	МПа	0.05
Параметры пара на входе в турбину: давление температура	МПа °С	до 35
Топливо UO2 UN, UB2 (исходное обогащение и глубина выгорания определяются выбором композиции)

Для создания активной зоны такого реактора требуется промышленное освоение конструкционных композитных материалов на основе С-С, SiC и материалов, получаемых по изотопной технологии ¹¹B ¹⁵N, ¹¹В₄ ¹²С, обладающие соответствующими ядерными и термодинамическими свойствами.

Наиболее пригодными для замедлителя, работающего в среде расплава лития, являются BN и В₄С. Конструктивная схема реактора ЛВТР-К показана на рис. 1.37.

 

 

 

Рис. 1.37 Конструктивная схема реактора ЛВТР-К

 

1 – топливный канал; 2 – канал СУЗ; 3 – гильза ДКЭ; 4 – биозащита;
5 – газовая полость; 6 – разделительный кожух; 7 – литий «горячий»; 8 – отражатель; 9 – литий «холодный»; 10 – корпус реактора; 11 – страхующий корпус; 12 – активная зона; 13 – опора сотовая; 14 – стержень регулирования; 15 – топливная сборка; 16 – вход лития-7; 17 – выход лития-7.

 

Литература

1. - Харпер У.Р. "Основные принципы реакторов деления", 1963.
2. Балабанов Е.М. "Ядерные реакторы", 1957.
3. Круглов А. "Как создавалась атомная промышленность в СССР". ЦНИИАТОМИНФОРМ, 1994.
4. Жежерун И.Ф. "Строительство и пуск первого в СССР атомного реактора". Атомиздат, 1978.
5. Справочник по ядерной технологии. Пер. с англ. Ф.Ран, А.Адамантадес, Дж.Кентон, Ч.Браун. Под. ред. В.А. Легасова. М. Энергоамтомиздат, 1989 г. – 752 с.
6. World Nuclear Status Report. 1998. – Nucl. Eur. Worldscane, 1999, № 7-8, p. 55.

* моноблок с турбиной на улучшенных параметрах