Свинец-висмут - загадка из Китая
Довольно интересная и дискуссионная тема проявилась в небольшой заметке на атоминфо. Быстрые реакторы с тяжелометаллическим теплоносителем (ТЖМТ) сейчас являются одним из кандидатов на звание будущего стандарта реакторов. В свою очередь ТЖМТ может быть свинцовым или свинцово-висмутовым, и по этой линии существует отдельный холивар (на стороне свинца-висмута реальный опыт эксплуатации и относительно низкая температура замерзания (140 С), а минусами является дороговизна висмута и наработка полония-210 в первом контуре - вещества со смертельной дозой в 0,5 микрограмма).
Исходную статью я позволю себе разбавить картинками установки, про которую идет речь, и комментариями.
ВЛАДИМИР РЫЧИН, ATOMINFO.RU,
Статья в гонконгской газете, опубликованная в середине октября, вызвала немало пересудов как в отрасли, так и за её пределами.
В статье утверждается, что китайские специалисты разрабатывают при поддержке военных реактор малой мощности, причём степень готовности проекта высока.
Само по себе, это не сенсация. Намного интереснее другое утверждение в статье - реактор будет быстрым аппаратом с тяжёлометаллическим теплоносителем.
Китайская статья
Нашумевшая публикация появилась в газете "South China Morning Post", влиятельном средстве массовой информации, выходящем в Гонконге. Внешний налёт некоторой оппозиционности не должен вводить в заблуждение - газета прочно ориентируется на Пекин, и к статье нужно отнестись со всей серьёзностью.
Конкретных технических деталей в статье не так уж и много.
Учёные института технологии безопасности ядерной энергетики (INEST, Institute of Nuclear Energy Safety Technology), входящего в структуру академии наук и расположенного в городе Хэфэй (провинция Анхой), разрабатывают так называемую hedianbao, транспортабельную ядерную батарейку.
Журналисты, как обычно, забыли заглянуть в публикации, и хотя бы узнать, как выглядит "батарейка". Например, ее вес составит около 2000 тонн - плата за свинцово-висмутовый теплоноситель.
Реакторная установка имеет габариты 6,1 метров в длину и 2,6 метров в высоту. Её мощность составляет 10 МВт(т). Длина кампании - годы или десятилетия. Это быстрый реактор, и он может установлен на островах - в том числе, на островах спорных архипелагов.
Работу частично финансирует армия, однако создатели проекта надеются и на его гражданское использование.
Наибольшая загадка статьи - какой конкретно теплоноситель предлагается в проекте? В тексте прямо упоминается свинец, а в одном из абзацев идут рассуждения, основанные на температуре кипения свинца. С другой стороны, статья содержит отсылки к советским лодочным технологиям, а это, в свою очередь, означает выбор в пользу свинца-висмута.
Очень интересны и названные в статье сроки по готовности нового реактора. Первый образец может быть сделан уже через пять лет.
CLEAR или не CLEAR
Любые попытки угадать, какой проект скрывается за туманными описаниями общеполитических СМИ сравнимы со старой забавой на российском телевидении, когда участники пытались угадать мелодию с семи, а то и с трёх нот.
Но одно совпадение обращает на себя внимание сразу. Институт INEST известен по своим публикациям как институт, в котором занимаются созданием ADS-системы с подкритическим реактором на ТЖМТ - проект, напоминающий бельгийский проект MYRRHA.
ADS-системы, если коротко - это подкритический реактор, в котором недостающие нейтроны получаются из разрушения теплоносителя мощным протонным пучком из ускорителя. Подробнее тут. На картинке планы по разработке технологических узлов ADS от 2012 года - видно, что сегодня китайцы отстают от них примерно на год-два.
С руководителем этого направления в INEST профессором Ицань Ву (Yican Wu, в другой транскрипции Икан Ву) в 2013 году встречались корреспонденты AtomInfo.Ru во время его участия в конференции ТЖМТ-2013. Профессор рассказал, что, действительно, в Китае планируется построить в рамках освоения ADS-технологий реактор CLEAR-I мощностью 10 МВт(т), и этот реактор будет с теплоносителем свинец-висмут.
На прошедшей в сентябре 2016 года конференции МНТК НИКИЭТ-2016 профессор Ицань Ву рассказал примерно то же самое, что и корреспондентам нашего издания три года назад.
Вообще по пути создания ТЖМТ реакторов китайцы идут не первое десятилетие. Список экспериментальных установок для проверки различных аспектов свинцово-литиевых и свинцово-висмутовых теплоносителей.
На данный момент, CLEAR-I находится на стадии разработки. Но к первому железу китайские специалисты уже подходят. В этом году они намерены сдать в эксплуатацию критсборку CLEAR-0, построенную для получения экспериментальных данных по НФХ для грядущего лицензирования своего более мощного собрата.
Вот эта критсборка.
В статье гонконгской газеты профессор Ицань Ву не упоминается. Но зато в ней для рассказа о новом проекте дают слово профессору Qunying Huang. Эта замечательная женщина входит в команду профессора Ицань Ву.
Загадка выбора между свинцом и свинцом-висмутом разрешается легко. В своих публикациях работники INEST часто опускают для простоты упоминание о сплаве, называя свой проект просто свинцовым. Однако где-нибудь в тексте обязательно будет точно назван тип теплоносителя, и это именно свинец-висмут.
Можно с уверенностью утверждать, что публикация в "South China Morning Post" касается именно проекта CLEAR-I.
Остаётся последний вопрос. CLEAR-I до сих позиционировался как составная часть ADS-системы, а в статье говорится о его самостоятельном использовании в виде ядерной батарейки.
Никакого противоречия на самом деле нет. Достаточно вспомнить, что говорят в Бельгии об аналогичном проекте MYRRHA - получится ADS, прекрасно, не получится, значит, в распоряжении окажется исследовательский реактор со свинцом-висмутом.
Я бы добавил, что китайцы рассматривают и другие применения для CLEAR
Родная технология
Интерес Китая к тяжёлометаллическим технологиям возник не на пустом месте. Постфукусимские ужесточения норм и правил, спад интереса к атомной энергетике у государств и корпораций, дешёвый газ и ряд других факторов заставляют искать технологии, способные придать атому новый импульс для развития.
Тяжёлометаллические теплоносители могут сыграть свою роль и стать одной из подобных технологий.
Китайцы не ограничиваются картинками и стендами - материаловедение и промышленные технологии по этому направлению тоже подтягиваются
Применение ТЖМТ в быстрых реакторах позволяет кардинально повысить внутреннюю самозащищённость реакторной установки за счёт его природных свойств, а именно, высокой температуры кипения и химической инертности по отношению к воде, а также к воздуху.
ТЖМТ даёт возможность конструктору и проектанту существенно упростить проект реакторной установки, что тут же положительно скажется на экономической стороне дела (в этой связи нельзя не приветствовать приказ Минстроя России № 648/пр от 09.09.2015, развязавший, наконец, стоимость проектирования и стоимость блока).
Ещё одним важным преимуществом ТЖМТ-реакторов является возможность приблизить их к потребителям, что весьма полезно для проектов малой и средней мощности. Внутренняя самозащищённость таких реакторов позволяет исключить многие тяжёлые аварии с последующей эвакуацией населения - соответственно, и строить их можно на небольшом удалении от потребителя.
Про ТЖМТ и их преимущества написано много, повторяться нет смысла. Существенно другое - в Китае перспективы ТЖМТ-направления, а более конкретно, направления быстрых реакторов с теплоносителем свинец-висмут оценили и занялись его воплощением в железе.
Прототипы различных железяк для реактора. Одной из самых важных задач является поддержание концентрации кислорода в теплоносителе в узком диапазоне - левые панели слайда посвещены именно этой работе.
И тут, пожалуй, есть смысл вспомнить о российском проекте СВБР-100, пребывающем в последние годы в подвешенном состоянии.
Тем усилиям, которые китайская сторона прилагает для развития свинцово-висмутового направления, можно только позавидовать и пожелать китайским коллегам удачи.
Но в то же время было бы очень обидно, если первый энергетический реактор подобного типа появится не в России, а в Китае - и потому, что Pb-Bi технология для нашей страны родная, и потому, что у ТЖМТ-реакторов есть хорошие перспективы для развития.
Так, может быть, настала пора разморозить проект СВБР-100 и вернуться к обсуждению его судьбы?
==
В дополнение хотел привести еще пару слайдов, выходящих за границы статьи Рычина, но не менее интересных. В рамках CLEAR китайцы разрабатывают:
Высокоинтенсивный нейтронный генератор с довольно хорошим нейтронным потоком в 10^13 нейтронов в секунду, и в целом привязывают R&D программу к термоядерной программе Китая
Которая включает в себя все немаргинальные направления - токамаки, стеллараторы, гибридные реакторы, открытые ловушки.
Исходную статью я позволю себе разбавить картинками установки, про которую идет речь, и комментариями.
ВЛАДИМИР РЫЧИН, ATOMINFO.RU,
Статья в гонконгской газете, опубликованная в середине октября, вызвала немало пересудов как в отрасли, так и за её пределами.
В статье утверждается, что китайские специалисты разрабатывают при поддержке военных реактор малой мощности, причём степень готовности проекта высока.
Само по себе, это не сенсация. Намного интереснее другое утверждение в статье - реактор будет быстрым аппаратом с тяжёлометаллическим теплоносителем.
Китайская статья
Нашумевшая публикация появилась в газете "South China Morning Post", влиятельном средстве массовой информации, выходящем в Гонконге. Внешний налёт некоторой оппозиционности не должен вводить в заблуждение - газета прочно ориентируется на Пекин, и к статье нужно отнестись со всей серьёзностью.
Конкретных технических деталей в статье не так уж и много.
Учёные института технологии безопасности ядерной энергетики (INEST, Institute of Nuclear Energy Safety Technology), входящего в структуру академии наук и расположенного в городе Хэфэй (провинция Анхой), разрабатывают так называемую hedianbao, транспортабельную ядерную батарейку.
Журналисты, как обычно, забыли заглянуть в публикации, и хотя бы узнать, как выглядит "батарейка". Например, ее вес составит около 2000 тонн - плата за свинцово-висмутовый теплоноситель.
Реакторная установка имеет габариты 6,1 метров в длину и 2,6 метров в высоту. Её мощность составляет 10 МВт(т). Длина кампании - годы или десятилетия. Это быстрый реактор, и он может установлен на островах - в том числе, на островах спорных архипелагов.
Работу частично финансирует армия, однако создатели проекта надеются и на его гражданское использование.
Наибольшая загадка статьи - какой конкретно теплоноситель предлагается в проекте? В тексте прямо упоминается свинец, а в одном из абзацев идут рассуждения, основанные на температуре кипения свинца. С другой стороны, статья содержит отсылки к советским лодочным технологиям, а это, в свою очередь, означает выбор в пользу свинца-висмута.
Очень интересны и названные в статье сроки по готовности нового реактора. Первый образец может быть сделан уже через пять лет.
CLEAR или не CLEAR
Любые попытки угадать, какой проект скрывается за туманными описаниями общеполитических СМИ сравнимы со старой забавой на российском телевидении, когда участники пытались угадать мелодию с семи, а то и с трёх нот.
Но одно совпадение обращает на себя внимание сразу. Институт INEST известен по своим публикациям как институт, в котором занимаются созданием ADS-системы с подкритическим реактором на ТЖМТ - проект, напоминающий бельгийский проект MYRRHA.
ADS-системы, если коротко - это подкритический реактор, в котором недостающие нейтроны получаются из разрушения теплоносителя мощным протонным пучком из ускорителя. Подробнее тут. На картинке планы по разработке технологических узлов ADS от 2012 года - видно, что сегодня китайцы отстают от них примерно на год-два.
С руководителем этого направления в INEST профессором Ицань Ву (Yican Wu, в другой транскрипции Икан Ву) в 2013 году встречались корреспонденты AtomInfo.Ru во время его участия в конференции ТЖМТ-2013. Профессор рассказал, что, действительно, в Китае планируется построить в рамках освоения ADS-технологий реактор CLEAR-I мощностью 10 МВт(т), и этот реактор будет с теплоносителем свинец-висмут.
На прошедшей в сентябре 2016 года конференции МНТК НИКИЭТ-2016 профессор Ицань Ву рассказал примерно то же самое, что и корреспондентам нашего издания три года назад.
Вообще по пути создания ТЖМТ реакторов китайцы идут не первое десятилетие. Список экспериментальных установок для проверки различных аспектов свинцово-литиевых и свинцово-висмутовых теплоносителей.
На данный момент, CLEAR-I находится на стадии разработки. Но к первому железу китайские специалисты уже подходят. В этом году они намерены сдать в эксплуатацию критсборку CLEAR-0, построенную для получения экспериментальных данных по НФХ для грядущего лицензирования своего более мощного собрата.
Вот эта критсборка.
В статье гонконгской газеты профессор Ицань Ву не упоминается. Но зато в ней для рассказа о новом проекте дают слово профессору Qunying Huang. Эта замечательная женщина входит в команду профессора Ицань Ву.
Загадка выбора между свинцом и свинцом-висмутом разрешается легко. В своих публикациях работники INEST часто опускают для простоты упоминание о сплаве, называя свой проект просто свинцовым. Однако где-нибудь в тексте обязательно будет точно назван тип теплоносителя, и это именно свинец-висмут.
Можно с уверенностью утверждать, что публикация в "South China Morning Post" касается именно проекта CLEAR-I.
Остаётся последний вопрос. CLEAR-I до сих позиционировался как составная часть ADS-системы, а в статье говорится о его самостоятельном использовании в виде ядерной батарейки.
Никакого противоречия на самом деле нет. Достаточно вспомнить, что говорят в Бельгии об аналогичном проекте MYRRHA - получится ADS, прекрасно, не получится, значит, в распоряжении окажется исследовательский реактор со свинцом-висмутом.
Я бы добавил, что китайцы рассматривают и другие применения для CLEAR
Родная технология
Интерес Китая к тяжёлометаллическим технологиям возник не на пустом месте. Постфукусимские ужесточения норм и правил, спад интереса к атомной энергетике у государств и корпораций, дешёвый газ и ряд других факторов заставляют искать технологии, способные придать атому новый импульс для развития.
Тяжёлометаллические теплоносители могут сыграть свою роль и стать одной из подобных технологий.
Китайцы не ограничиваются картинками и стендами - материаловедение и промышленные технологии по этому направлению тоже подтягиваются
Применение ТЖМТ в быстрых реакторах позволяет кардинально повысить внутреннюю самозащищённость реакторной установки за счёт его природных свойств, а именно, высокой температуры кипения и химической инертности по отношению к воде, а также к воздуху.
ТЖМТ даёт возможность конструктору и проектанту существенно упростить проект реакторной установки, что тут же положительно скажется на экономической стороне дела (в этой связи нельзя не приветствовать приказ Минстроя России № 648/пр от 09.09.2015, развязавший, наконец, стоимость проектирования и стоимость блока).
Ещё одним важным преимуществом ТЖМТ-реакторов является возможность приблизить их к потребителям, что весьма полезно для проектов малой и средней мощности. Внутренняя самозащищённость таких реакторов позволяет исключить многие тяжёлые аварии с последующей эвакуацией населения - соответственно, и строить их можно на небольшом удалении от потребителя.
Про ТЖМТ и их преимущества написано много, повторяться нет смысла. Существенно другое - в Китае перспективы ТЖМТ-направления, а более конкретно, направления быстрых реакторов с теплоносителем свинец-висмут оценили и занялись его воплощением в железе.
Прототипы различных железяк для реактора. Одной из самых важных задач является поддержание концентрации кислорода в теплоносителе в узком диапазоне - левые панели слайда посвещены именно этой работе.
И тут, пожалуй, есть смысл вспомнить о российском проекте СВБР-100, пребывающем в последние годы в подвешенном состоянии.
Тем усилиям, которые китайская сторона прилагает для развития свинцово-висмутового направления, можно только позавидовать и пожелать китайским коллегам удачи.
Но в то же время было бы очень обидно, если первый энергетический реактор подобного типа появится не в России, а в Китае - и потому, что Pb-Bi технология для нашей страны родная, и потому, что у ТЖМТ-реакторов есть хорошие перспективы для развития.
Так, может быть, настала пора разморозить проект СВБР-100 и вернуться к обсуждению его судьбы?
==
В дополнение хотел привести еще пару слайдов, выходящих за границы статьи Рычина, но не менее интересных. В рамках CLEAR китайцы разрабатывают:
Высокоинтенсивный нейтронный генератор с довольно хорошим нейтронным потоком в 10^13 нейтронов в секунду, и в целом привязывают R&D программу к термоядерной программе Китая
Которая включает в себя все немаргинальные направления - токамаки, стеллараторы, гибридные реакторы, открытые ловушки.