Микрореакторы — взгляд из нацлабораторий AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 26.04.2020 Международный форум «Generation IV» организовал 26 марта 2020 года вебинар по тематике «Микрореакторы: технологическая опция для ускоренных инноваций». С презентациями на вебинаре выступила группа специалистов из американских национальных лабораторий Лос-Аламос и Айдахо … Читать далее
Микрореакторы — взгляд из нацлабораторий
AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 26.04.2020
Международный форум «Generation IV» организовал 26 марта 2020 года вебинар по тематике «Микрореакторы: технологическая опция для ускоренных инноваций».
С презентациями на вебинаре выступила группа специалистов из американских национальных лабораторий Лос-Аламос и Айдахо — доктор Дасари Рао, доктор Холли Трелли и Ясир Арафат.
Отметим, что Ясир Арафат ранее был известен как руководитель работ по созданию микрореактора «eVinci» в компании «Westinghouse». В настоящее время он является техническим советником в программе министерства энергетики США по микрореакторам.
Основной упор в презентациях был сделан на работы, ведущиеся в США.
Общие черты и вызовы
Интерес к технологиям микрореакторов обусловлен тем, что они инновационны и относительно недороги, а сроки их сооружения невелики. Кроме того, микрореакторы могут быть хорошим выбором для военных и гражданских микросетей.
К научно-технологическим основам для развития микрореакторов можно причислить развёртывание производства урана HALEU, создание высокотемпературных замедлителей и прогресс в сфере ядерных данных.
Серьёзную помощь для разработчиков микрореакторов оказывает наличие современных валидированных междисциплинарных расчётных кодов, стендов типа EDU и NDU, а также создаваемый национальный центр инновационных реакторных технологий (NRIC).
EDU — Engineering Demonstration Unit.
NDU — Nuclear Demonstration Unit.
Типичный проект микрореактора включает в себя следующие черты:
— уран HALEU, топливо металлическое, керамическое или TRISO;
— в зоне присутствуют в различных комбинациях жаростойкие гидриды, бериллий и графит; в зависимости от их долей, спектр нейтронов может быть быстрым, промежуточным или тепловым;
— большой (толстый?) отражатель, одновременно выступающий как система теплоотвода и как место расположения барабанов системы СУЗ;
— теплоотвод от активной зоны осуществляется посредством тепловых трубок или жидкосолевым или газовым теплоносителем;
— для выработки электроэнергии используется цикл Брайтона с промежуточным теплообменником или без него.
В качестве конструкционных материалов могут выбираться жаропрочные и устойчивые к ползучести (creep resistant) стали, молибден, керамика и графит.
Хотя проекты микрореакторов отличаются друг от друга, все они сталкиваются с похожими вызовами, считают американские специалисты.
Требуется доказать возможность производства микрореакторов, их готовность к лицензированию, продемонстрировать безопасность, стабильность и простоту эксплуатации.
Одной из проблем докладчики на вебинаре видят несоответствие возможностей существующей инфраструктуры для «ядерной демонстрации». Создание в США центра NRIC должно помочь заполнить пробел между проектированием и требованиями к лицензированию.
Докладчики полагают целесообразным применять для разработки микрореакторов метод разделения переменных, то есть, отрабатывать отдельные решения как на стендах EDU с электронагревом, так и на стендах NDU с обогащённым ураном.
Следует также пройти «тест адмирала Риковера». В своё время адмирал писал, что до тех пор, пока не будет построен хотя бы один реактор по проекту, близкому к предлагаемому, нельзя быть уверенными даже в том, что реактор с предлагаемым проектом выйдет на критику.
Соответственно, для успешного прохождения микрореакторами «теста адмирала» необходимо прикладывать усилия для снижения имеющихся неопределённостей в данных и моделях.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра
Материалы
Отдельная часть презентаций на вебинаре была посвящена выбору материалов для микрореакторов.
Возможные топливные материалы таковы:
— уран-молибден (обогащение до 19,75%);
— нитрид урана (обогащение до 19,75%);
— коммерческий диоксид урана (обогащение до 5%);
— металлическое топливо U-10Zr;
— TRISO.
Возможные материалы для замедлителя таковы:
— гидрид циркония;
— гидрид иттрия, способный удерживать водород при более высоких температурах;
— связанные с ними сплавы;
— графит и/или бериллий.
Возможные материалы для отражателей таковы:
— идеальный вариант BeO или MgO;
— Al2O3 лучше с точки зрения экономики;
— возможно также использование графита.
Докладчики отдельно остановились на дигидриде иттрия, работы по изучению которого ведутся в Лос-Аламосе.
По сравнению с гидридами других металлов, дигидрид иттрия YH2-x выгодно отличается более высокой температурной стабильностью, относительно малыми сечения поглощения тепловых нейтронов и хорошими упругими свойствами.
В то же время, остаются проблемы, связанные с изготовлением из дигидрида иттрия изделий сложной формы, а также со структурными деградациями при массовой гидридизации.
Доступных данных по поведению дигидрида иттрия под облучением не так много, поэтому проводятся облучательные эксперименты на исследовательском реакторе ATR, а в будущем запланировано проведение интегральных критических экспериментов.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра
Экспериментальная поддержка
Важной составной частью проекта любого микрореактора является концепция теплоотвода от топлива.
Теплоотвод может осуществляться традиционным способом — посредством прокачки теплоносителя (например, газа). Но возможны и иные варианты.
Так, возможно использование механизма фазового перехода рабочей жидкости (тепловые трубки). Возможно также использование термоэлектрических свойств материалов или таких физических механизмов как термоакустика.
Докладчики рассказали о некоторых экспериментах, которые проводятся в национальных лабораториях США в поддержку изучения различных способов теплоотвода для микрореакторов.
Так, в одном из экспериментов изучалась теплофизика полуметровых шестигранных стальных колонн с семью отверстиями — центральным для размещения тепловой трубки и шестью отверстиями для электронагревателей (см. фото ниже).
В другом эксперименте планируется изучить теплофизику метровой стальной колонны с 37 тепловыми трубками и 54 электронагревателями.
Также в нацлабораториях ведётся разработка современной измерительной аппаратуры (термопары и другие датчики) и создаются экспериментальные стенды SPHERE и MAGNET.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра
Приоритеты программы DoE
В заключение докладчики перечислили приоритетные направления НИОКР в рамках программ по микрореакторам, которые реализуются при поддержке министерства энергетики США.
В области системного анализа это:
— рыночные исследования;
— регулирующие требования;
— моделирование;
— технико-экономический анализ.
В области освоения технологий это:
— тепловые трубки;
— жаростойкие замедлители;
— теплообменники;
— измерительная аппаратура и датчики.
В области поддержки демонстрации это:
— стенд SPHERE;
— стенд MAGNET.
В области демонстрации применений это:
— производство водорода;
— районное теплоснабжение;
— опреснение;
— автономная работа;
— дистанционное управление.
Ключевые слова: Малая энергетика, США, Статьи, Мнения
Другие новости:
Болгария уведомила Росатом о смещении сроков конкурса на стройку АЭС «Белене»
Сроки продления работы над конкурсом будут зависеть от периода действия ограничений из-за пандемии.
«Росатом» и судоверфь «Звезда» подписали контракт на строительство атомохода «Лидер»
Об этом говорится в «Twitter» госкорпорации.
Распоряжение об этом подписал Мишустин.