Ядерные реакторы с тяжеловодным замедлителем, часть 1.

[tnenergy]

В журнале "Атомный эксперт" вышла хорошая статья по истории развития ядерных реакторов с тяжелой водой. Перепост ее здесь будет полезен - пусть лежит хороший обзор этой технологии среднего объема.

Comments

[ardelfi]

Навеяло.. Капсулированный тяжеловодный реактор околонулевой мощности на природном уране (U3O8) с временем работы без перезарядки порядка 50 лет. Мощность тепловая -- 1МВт, охлаждение "водоёмом", мощность постоянная (все 50 лет). Как такая штука могла бы выглядеть, каковы массогабариты, цена (без веществ)?

[tnenergy]

Без веществ сложно понять, зачем это может быть нужно.

Ну а если по сути - если взять предел выгорания твэлов в 50 ГВт*дней/тонну, то нужно всего 2,74 тонны топлива. При этом в них сгорит примерно 126 кг делящихся материалов. Это означает, что коэффициент использования ДМ будет не очень хороший - критмасса наверняка будет в районе пары сотни кг ДМ. Обогащение по U235 можно двигать в широких пределах, в зависимости от пожелания заказчика. Но на стандартном 4,5% получится что-нибудь типа АЗ высотой 3 метра и диаметром метр, набранной из нескольких десятков кассет. И весь реактор диаметром 2,5 и высотой метров 10-15, с естественной циркуляцией.

Цену посчитать сложно - сама железяка-то не очень дорогая, а вот ниокр-сертификация выльется в хорошую копеечку. Ну и как обычно для сверхмалых АЭС зарплата десятка гавриков, имитирующих управление реактором/АЭС и нескольких десятков - охраны вздувает цену киловатт-часа до небес.

[ardelfi]

Оценка затрат без веществ, остальное с веществами. :)
Вы не обратили внимание:
1. природный уран, практически очищенный природный оксид -- никакого обогащения, скорее оксид (почти) прямо из бочки.
2. сертификация неактуальна
3. циркуляция желательна естественная, охлаждение (например) в море или речку через теплообменник

По сути это крайний лоу-тек вроде Хэнфорд-Б, но на тяжёлой воде, чтобы требовалось меньше урана и без перезарядок. И капсуляция, то есть в целом чтобы получился аналог РИТЭГа, может даже полный аналог с термоэлектрическим преобразованием.

[tnenergy]

>1. природный уран, практически очищенный природный оксид -- никакого обогащения, скорее оксид (почти) прямо из бочки.

Ну да, и отправить в итоге 65-75% U235 в ОЯТ. Вообще что бы правильно экономить, стоит начинать расчет с декомпозиции стоимости АЭС. Там строительство - половина суммы, причем заметно набегает из-за всяких требований регуляторов по тому, как надо строить ядерные сооружения.

>2. сертификация неактуальна

А, вы для того, что бы дачу себе греть? А то любое коммерческое применение потребует сертификации.

>По сути это крайний лоу-тек вроде Хэнфорд-Б, но на тяжёлой воде, чтобы требовалось меньше урана и без перезарядок.

Лоутэк Хэнфорда-Б - в металлическом топливе, простейших твэлах и т.п. Здесь это неприменимо.

[ardelfi]

Дачу конечно, зачем же ещё нужны капсулированные ядерные генераторы. :) Вариант с РИТЭГом явно проще и дешевле, и заправляется ненавистными отбросами (титанат Sr-90), но теряет мощность несколько быстрее чем нужно по заданным условиям.

Погодите, я вас не понял. Хэнфорд-Б работал на воде из речки, графите из земли и металлическом уране. Вопрос сводится к замене речной воды на тяжёлую, металлического урана на оксид, а мощность снижается до мегаватта с одновременным продлением кампании до полувека -- что в этом "неприменимо"? Это же заданные условия, с весьма близким аналогом пещерного уровня технологии. :)

[tnenergy]

>Вопрос сводится к замене речной воды на тяжёлую, металлического урана на оксид, а мощность снижается до мегаватта с одновременным продлением кампании до полувека

Вы с этой заменой, по сути, от лоутека и отказывайтесь. Оксид ведь сложнее металла - но зато держит выгорание в 15 раз выше. Циркониевые сверхточные твэлы гораздо сложнее алюминиевой трубки - но зато не имеют проблем с короззией. И т.п. Все это освоенный хайтек, но явно сложнее Хэнфорда 40х.

[ardelfi]

Это не тот оксид, который в ТВЭЛах, а тот, который в бочках, потому лоу-тек, ниже некуда. И вот его в алюминиевые трубки, или не трубки, или не алюминиевые, но непременно лоу-тек.

[tnenergy]

Ага, тогда 50 лет не получится. Можно полгода. Брать будете?

[ardelfi]

Почему не получится?

[tnenergy]

Потому что неспеченный оксид не держит в себе коррозионно-активные ПД, йод например. Или думаете, этот гемморой с приготовлением таблеток от желания поразвлекаться?

[ardelfi]

А что это принципиально меняет для физики и химии реактора? Если оксид засыпан в алюминиевую трубу (например) и не имеет контакта с водой, и газообразные ПД будут уходить в трубу (у бритов так бывало поначалу -- йод улетел в трубу в Windscale), топливо не потеряет своих свойств. Но учитывая околонулевую мощность и невысокую температуру, скорость реакции будет низкой, и если йод будет реагировать с оксидом и потом лететь в виде инертных газов, это даже выгодно -- дольше пробудет в реакторе и успеет распасться там. В принципе спекание оксида не нарушает требование по пещерному лоу-теку, но таблетки делаются под другие требования (те самые, которые вы упоминали как фактор стоимости) и мощность.

Мне очень сильно кажется, что вы...

[nucon]

... не знакомы с "физикой" именно реакторов. Без обид. Возможно на уровне теории, вы что-то знаете. Давайте попикируемся/подискутируем. Но честно говоря, по вашим вопросам/возражениям я не вижу предмета дискуссии отчетливо. Реактор на тяжелой воде, мощностью 1 MW? Основной вопрос "для чего" вам задан? Как источник на 50 лет? Дикий подход. Есть нормальные и технологичные источники, сами ответили. Это как разумное заявление Вестингауза, зачем вам малый реактор сопоставимый по стоимости с 1000-ком? Давайте построим тысячник и будем работать на 20% мощности.
Естественная циркуляция? В вашем варианте (сразу надо разговаривать о конструкции) вряд ли возможна. Какой перепад температуры на зоне? Как и куда отводите тепло? Хотите низкотехнологичное топливо? В алюминии при невысоких температурах? На ЕЦ? Понимаете подвох в вопросе?

Re: Мне очень сильно кажется, что вы...

[ardelfi]

Неважно с чем я (не) знаком -- я хотел бы обсудить предмет, а не себя. Для чего -- для выработки 1МВт тепловой энергии на протяжении 50 лет, с ограничением технологий на уровне Хэнфорда-Б. Нормальные и технологичные безусловно есть, но не для меня, поэтому для меня их буквально нет и быть не может, а Хэнфорд был сделан людьми, для которых не было нормальных и технологичных, поэтому он и принят за основу. С мотивацией надеюсь разобрались, теперь более интересное

Re: Мне очень сильно кажется, что вы...

[nucon]

В том-то и дело, что не получается так вот с одной стороны рассмотреть проблему... "нормальность и технологичность", это как? Я как раз всю жизнь занимаюсь корабельными, малыми и исследовательскими установками и в ваших рассуждениях "опорность" точек штука весьма скользкая. Кстати, в соседнем со мной здании сделали вторую батарейку для следующего Куриосити...

Re: Мне очень сильно кажется, что вы...

[ardelfi]

Наличие "опорных точек" показывает что задача решаема, но не помогает её решить. "Нормальность и технологичность" -- не мои слова, потому перенаправляю ваш вопрос к автору. :) Думаю имеется ввиду нормальная конструкция топлива на современных технологиях, а не оранжевый оксид из бочки в алюминиевых трубах (пещерный лоу-тек). Но по условию задачи доступен пещерный лоу-тек, и не доступны услуги Росатома и Вестингауза, потому что они таки недоступны. :)

Re: Мне очень сильно кажется, что вы...

[nucon]

Ни в коем случае...
Никакой "нормальной конструкции топлива" невозможно не по причине даже технологической, скорее по причине политической. Вы правильно назвали названия. Никому не интересно, разве что на уровне разговоров. Но...