Энергетический ядерный реактор малой мощности

[uva62]

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 и реактор охлаждается за счет естественной циркуляции воздуха, омывающего верхнюю часть корпуса реактора, а затем нагретый воздух проходит в канал, где проходит вертикальный трубопровод первого контура. 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 которой пасход воздуха можно регулировать, увеличивая или уменьшая гидравлическое сопротивление этому потоку для того, чтобы поддерживать температуру свинцового теплоносителя в корпусе реактора на оптимальном уровне 400 ... 450 градусов Цельсия. При этом в самом корпусе сохраняется укороченный контур естественной циркуляции, поскольку нагреватель расположен в нижней части корпуса реактора, а охладитель - в верхней.

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.