Американские патенты по компактным реакторам

Очередной обзор американских патентов от профессионального издания Nuclear Street посвящён малым реакторам.

Малый реактор от CEA

Французский комиссариат атомной энергии (CEA) владеет в США патентом №7 154 982, озаглавленным "Компактный ядерный реактор с водой под давлением" и выданным 26 декабря 2006 года.

Отличительной особенностью французской установки можно назвать интегральную компоновку, при которой большая часть основного оборудования располагается внутри корпуса реактора (10). Под корпусом находятся, в частности, ГЦН (28), теплообменники (42) и компенсатор объёма (30).

Организация циркуляции теплоносителя во французском проекте такова. Насосы (28) прокачивают воду вниз по стенкам реактора на теплообменники (42). Затем охлаждённая вода попадает в нижнюю часть корпуса, откуда следует на вход активной зоны (14).

Над зоной расположены U-образные трубки (26), где нагретый после прохождения зоны теплоноситель отдаёт тепло воде из замкнутого объёма (24), играющего роль второго контура. Вода из объёма (24) подаётся в виде пара на турбину, расположенную за пределами корпуса.

Управление цепной реакцией проводится с помощью гидравлических СУЗов (40).

Размеры французской установки в тексте патента не раскрываются - хотя, напомним, в названии патента говорится о "компактном" реакторе. Французы утверждают, что их установка может обеспечивать до 600 МВт(эл.), что делает её одной из самых мощных среди обсуждаемых сегодня проектов компактных реакторов.

Реактор 4S

Рыночные перспективы малого реактора 4S мощностью 10 МВт(эл.), предлагаемого "Тошибой", остаются неясными. Несмотря на это, японская корпорация предпринимает меры по защите своей интеллектуальной собственности в Соединённых Штатах.

4S - это реактор с подземным размещением, спроектированный на работу в течение 30 лет без перегрузки. В проектной документации, представленной американскому регулирующему органу, указывается, что 4S будет работать на обогащённом уране. В патенте США, принадлежащем "Тошибе", добавляется, что в качестве топлива может быть рассмотрен также и плутоний.

Речь идёт о патенте №7 139 352 "Регулирующий стержень для активной зоны". Описанный в нём реактор схож с французским в части интегральной компоновки оборудования

Активная зона (2) содержит в себе топливо. Электромагнитные насосы (13) прокачивают жидкий натрий сверху вниз по стенкам реактора. Из нижней части корпуса натрий попадает в зону и проходит через неё снизу вверх. Натрий поднимается до середины внутрикорпусного пространства и попадает в парогенератор (14), после чего, будучи охлаждённым, опускается вниз до точки входа в активную зону. Пар из парогенератора подаётся, естественно, на турбину.

Таинственный Hyperion

Компания "Hyperion Power Generation" получила от национальной лаборатории Лос-Аламоса эксклюзивные права на лицензирование, строительство и маркетинг ядерного реактора размером 1,5 метра. Авторы разработки утверждают, что сумеют снять с этой малютки 25 МВт(эл.).

Несмотря на хорошую рекламу в непрофильных СМИ, детали проекта авторами до сих пор не раскрыты. Единственная известная заявка на патент США, которая может иметь отношение к технологии "Hyperion", была опубликована 20 марта 2008 года за номером 20080069289 и до настоящего времени не одобрена.

Заявка называется "Саморегулирующий реакторный модуль". Как можно видеть из схематичного рисунка, корпус реактора (28) начинён уран-гидридными (UH₃) топливными элементами с обогащённым ураном. Вся структура, изображённая на рисунке, должна быть помещена в водородную атмосферу, то есть, в некий объём, заполненный водородом.

Полтора метра - это зона. Но сторонники компактных реакторов, как всегда, забывают дополнить, что зона должна помещаться в некий газовый объём, а объём должен быть окружён биологической защитой, а защита должна быть расположена внутри гермооболочки, а гермооболочка должна соседствовать со вспомогательными зданиями, и т.д. и т.п. По этой причине, к геометрическим размерам, фигурирующим в рекламных проспектах по компактным реакторам, следует относиться с определённой долей иронии. Для частного дома такие реакторы будут, всё-таки, весьма великоваты. - AtomInfo.Ru.

Свойства уран-гидрида используются в "Hyperion" для управления цепной реакцией. При нагреве топлива, будет образовываться свободный водород за счёт выхода его атомов из состава топливной композиции. С выходом газообразного водорода из зоны, будет снижаться плотность топлива, что, в свою очередь, увеличит утечку нейтронов из зоны, снизит реактивность и, как следствие, мощность.

Но при снижении мощности будет падать температура топлива, что запустит цепочку событий в обратном направлении. Атомы водорода будут вновь связываться с молекулами уран-гидрида, плотность топлива возрастёт, утечка уменьшится, реактивность и мощность увеличатся. После чего, весь процесс повторится с самого начала.

В водородной атмосфере, окружающей модуль, необходимо поддерживать равновесие. Достигается это за счёт того, что корпус (28) окружается концентрическими слоями (22), которые содержат обеднённый уран или торий.

Тяжёлые металлы в слоях нужны для поглощения водорода, наподобие того, как это происходит в активной зоне. Присутствие слоёв позволяет быстро устанавливать равновесие, и без них мощность реактора постоянно осциллировала бы между уровнями, соответствующими слишком малой и слишком большой концентрациями водорода в зоне.

Babcock & Wilcox

В компании "Babcock & Wilcox" к малой атомной энергетике относятся очень серьёзно, и уже сделали важный шаг на пути к её внедрению - создали дочернюю фирму "B&W Modular Nuclear Energy, LLC", назначили в ней президента, набрали топ-менеджеров и приступили к рекламированию своего будущего продукта в непрофильных СМИ.

Помимо этого, в запасе у компании B&W есть картинка, изображающая реактор mPower мощностью 125 МВт - подозрительно похожий на установку, запатентованную французами. Утверждается, что реактор будет работать на обогащённом уране с кампанией 5 лет.

Патентов на mPower в Соединённых Штатах не выдавалось. Нет также и поданных заявок на получение патентов для этой технологии.

NuScale - экс-MASLWR

Если в проекте mPower можно видеть следы французского влияния, то создатели проекта NuScale - бывшего MASLWR - и не скрывают, что на ранних этапах концептуального проектирования они вдохновлялись идеями от советского ВВЭР-440.

Впрочем, конечный продукт получился слабо отличимым от аналогичных установок, предлагаемых конкурентами на рынке компактных реакторов. Как и в большинстве других проектов, была выбрана интегральная компоновка. Мощность реактора составляет 40 МВт(эл.), длина кампании - 2 года.

Принципиальная особенность NuScale - отказ от ГЦН в пользу естественной циркуляции. Это предоставляет проекту определённые преимущества, хотя и потребует большой работы в обоснование безопасности. В то же время, NuScale планирует использовать стандартную систему СУЗ для регулирования и отказывается, в противоположность конкурентам, от её дополнительной автоматизации.

В США был подан ряд заявок на получение патентов по технологии NuScale, но ни одна из них до сих пор не была удовлетворена.

ИСТОЧНИК: AtomInfo.Ru

ДАТА: 10.11.2009

Темы: Малая энергетика, США