ALLEGRO и GFR

Михаил Сторожевой, AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 07.02.2011

Чешская Республика выбирает быстрые реакторы и начинает с французского проекта быстрого газового реактора ALLEGRO. Отзывы российских специалистов неоднозначны. Не утратил актуальности комментарий Владимира Каграманяна: "В своё время, чтобы хоть как-то оставаться в теме по быстрым реакторам, (французы) начали НИР по обоснованию возможности создания гелиевого быстрого реактора. И до сих пор не имеют готового проекта".

Что же такое реактор ALLEGRO, предлагаемый чехам? И в каком состоянии находится французская программа по созданию быстрых гелиевых реакторов?

Проект GFR

Несмотря на присутствие в списке проектов "Generation IV", быстрые газовые реакторы не избалованы публикациями. На мировой конференции по быстрому направлению в Киото (2009 год) французы делали упор на ASTRID, реактор с натриевым теплоносителем.

Что до газового направления, то оно не отвергалось, но относилось на неопределённое будущее. Его называли "выбором на долгосрочную перспективу" и предлагали сделать его общеевропейским проектом со строительством "где-нибудь в Европе". Хорошее дело, как известно, соседу просто так не отдадут.

В авторах основного доклада по быстрому газовому направлению на "Киото-2009" можно видеть известных французских специалистов - господ Гарнье, Малё, Бертрана, Анзьё и Девиктора. В нём отмечаются следующие основные положения (добавим, что доклад был подготовлен в комиссариате, а не в коммерческой компании).

Комбинация быстрого спектра и гелиевого теплоносителя позволит улучшить экономию нейтронов в активной зоне и обеспечить "привлекательный" ПЭР меньше доллара по модулю. Исчезает понятие смены фаз - нет необходимости думать об опасностях кипения или перехода теплоносителя в твёрдое состояние. Газовые реакторы открывают хорошие перспективы для диагностики состояния реактора, то есть, простота и качество обслуживания установки возрастут.

Переход на гелий должен помочь экономике быстрых реакторов. Можно поднять к.п.д. блока до 45-48%. Высокая температура рабочего тела на выходе из активной зоны открывает перед газовым реактором новые применения, отличные от производства только электроэнергии.

Быстрая природа газового реактора решает вопросы с топливообеспечением, ОЯТ и, что принципиально для Франции - с младшими актинидами.

Концепция, доложенная в Киото, представляет собой реактор тепловой мощностью 2400 МВт под условным названием GFR. Из основных характеристик нужно выделить следующие.

Предлагаемое топливо - карбид. В пределе, газовый реактор должен работать на смеси (U,Pu,MA)C. Материал оболочек - упрочнённая керамическая композиция SiC. Пластинчатые твэлы такого типа были впервые исследованы в 2007 году, традиционные цилиндрические твэлы - в 2009 году. Номинальной температурой топлива называется 1200-1300°C, а оболочки - до 900-1100°C.

Удельная энергонапряжённость зоны GFR составляет 100 МВт/м³, что стало результатом компромисса между соображениями нейтронного баланса и безопасности. Температуры теплоносителя на входе и выходе из зоны равны 400 и 850°C, соответственно. Давление теплоносителя - 7 МПа. Движение теплоносителя по зоне - снизу вверх. Материал корпуса реактора - сталь 9Cr1Mo.

Рис.1. Компоновка первого контура GFR.

Рис.2. Компоновка блока с GFR.

В киотском докладе мало внимания посвящено описанию собственно проекта. Так, лишь косвенно удаётся понять, что GFR предполагается в трёхпетлевом исполнении. Зато приводится большое число графиков с результатами расчётов различных проектных аварий по коду CATHARE2, из которых следует, что с температурами и давлениями в GFR всё в аварийных ситуациях будет хорошо.

Проекта ALLEGRO доклад касался вскользь. Авторы напомнили, что ALLEGRO образовался на основе проекта ETDR, представляет собой экспериментальный реактор мощностью 50-100 МВт(тепловых!!!) и должен быть спроектирован и построен в неопределённом будущем после 2015 года, возможно, на условиях общеевропейской интеграции.

Неудивительно, что французский доклад по GFR был сдвинут организаторами конференции на одну из сессий. А доклада по карбидному топливу французы не сделали вообще, и единственными, кто как-то пытался заполнить пробел, оказались американцы из Аргоннской национальной лаборатории.

Снова о проекте GFR

Более подробно на технических решениях для GFR останавливается доклад за авторством Анзьё, Стейнсбая и Микитюка, прочитанный на парижском симпозиуме форума "Generation IV" в сентябре 2009 года. В отличие от киотского доклада, в Париже авторский коллектив был собран из трёх государств - Франции, Великобритании и Швейцарии.

Концепция GFR использует наработки и опыт, полученный из программы по созданию реакторов ВТГР, однако для неё требуется проведение НИР и НИОКР для полного понимания особенностей быстрых газовых реакторов. Из числа проектных требований, не упомянутых в Киото, можно выделить условие высокого КВ_a - не менее единицы при безбланкетном исполнении (или при "очень ограниченном" использовании зон воспроизводства).

Плутониевое хозяйство в единичном блоке с GFR не должно превышать 10 тонн на ГВт(эл.), чтобы обеспечить "реалистичное развёртывание парка в течение нескольких десятилетий".

Одно из отличий GFR от ВТГР, которое подлежит обоснованию и изучению - отсутствие в быстром реакторе графита.

В реакторе ВТГР графит повышает тепловую инерцию зоны, что позволяет существенно снижать температуры в переходных процессах. У GFR тепловая инерция мала, и от проектантов требуются усилия для борьбы с последствиями этого.

Этим вызваны выбор материалов для топлива и оболочек, организация движения теплоносителя по зоне снизу вверх и умеренные гидравлические сопротивления на всех узлах, задействованных в аварийных сценариях.

По топливу в парижском докладе даётся более развёрнутая, чем в киотском, справка. Рабочая температура топлива - 1000°C. Температура, до которой обеспечивается невыход осколков из матрицы - 1600°C. Предельная температура, от которой возможно безопасное охлаждение активной зоны - 2000°C.

В топливе исходно предусматривается загрузка 1,1% младших актинидов без уточнения их состава (напомним, что по нептунию у французов есть разные точки зрения). Топливо должно быть плотным (MOX не пройдёт!). Коэффициент воспроизводства в активной зоне, как уже было сказано, должен быть равен, как минимум, единице. Средняя глубина выгорания составит 5% в единицах FIMA (fissions per initial metal atoms).

Таблица с численными характеристиками референтной зоны GFR приведена ниже. Добавим, что данные в таблице несколько отличаются от данных в тексте доклада. Так, среднее выгорание в таблице указано как 6,7% FIMA, а ИКВ показан меньшим нуля, что соответствует значению КВ меньше единицы.

Рис.3. Параметры реактора GFR.

В парижском докладе названы некоторые цифры по корпусу. Его внутренний диаметр равен 7,3 метров, высота - 20 метров, общий вес - 1000 тонн, толщина корпуса в поясе - 20 см.

Выбранная для корпуса сталь 9Cr1Mo с 9% хрома и 1% молибдена обеспечивает пренебрежимо малую ползучесть при рабочей температуре 400°C. Для ВКУ предлагается либо та же сталь, либо нержавеющая сталь SS316LN. В докладе подтверждается трёхпетлевое исполнение реакторной установки.

Принципиальная схема блока с GFR дана на Рис.4. Обращает на себя внимание промежуточный контур с газовой смесью гелия и азота.

Рис.4. Принципиальная схема блока с GFR.

Проекту ALLEGRO в парижском докладе посвящено несколько абзацев. Говорится, что это должен быть экспериментальный реактор для демонстрации технологии, строительство которого запланировано на "ближайшие десятилетия".

Его тепловая мощность составит 80 МВт(тепловых). Выработка электроэнергии не предполагается, так что Чешская Республика вряд ли сможет назвать его АЭС "Благутовице".

В ALLEGRO должны быть реализованы в уменьшенном масштабе все основные технические решения, предлагаемые для GFR, за исключением электрической части. Его работа должна показать на деле правильность и осуществимость принципов, закладываемых в "настоящих" быстрых газовых реакторах.

Проект ALLEGRO

Так что же собираются построить у себя чехи? Забавно, но и третья обзорная работа по быстрым газовым реакторам из Франции не даёт чёткого ответа на поставленный вопрос.

В статье группы авторов, опубликованной в журнале "Science and Technology of Nuclear Installations", том 2009, под названием "Gas Cooled Fast Reactor Research and Development in the European Union", также больше говорится о GFR, чем об ALLEGRO.

Авторы статьи упоминают о поисковых исследованиях по GFR, причём для двух различных мощностей - 600 и 2400 МВт(тепловых). Смотрятся различные виды топлива, оболочек, циклов, и так далее.

Проект ALLEGRO в статье называется демонстратором. Это экспериментальный реактор, и его создание имеет принципиальный характер для всей быстрой газовой программы.

В проекте GFR применяются инновационные решения, и их необходимо обосновать на практике. При выпадении ALLEGRO из всей цепочки неминуем отказ от инноваций для GFR и откат к проверенным решениям и материалам, что сведёт все бумажные преимущества GFR к нулю.

Мощность ALLEGRO в статье подтверждается как 80 МВт(тепловых). Среди узлов, которые должны быть отработаны, авторы называют топливо, топливные элементы и ряд систем безопасности, в особенности, системы отвода остаточного энерговыделения. Отработка электрической части признана нецелесообразной, так как аналогичные исследования должны проводиться по программам создания сверхвысокотемпературных реакторов VHTR.

Переход к топливу, типичному для GFR, будет производиться в ALLEGRO постепенно, в три этапа. Стартовая загрузка ALLEGRO будет состоять из традиционных для быстрой натриевой энергетики стальных кассет с MOX-топливом. Постепенно, по мере перехода на карбид, будет повышаться выходная температура гелиевого теплоносителя - с 550 до 850°C.

Авторы статьи честно признаются, что проект ALLEGRO в его сегодняшнем виде мало отличается от более раннего проекта ETDR, подробное изложение которого было сделано на конференции PHYSOR в 2008 году. Но об этом - в следующей части нашей публикации.

Ключевые слова: Мнения, Михаил Сторожевой, Франция

---

Другие новости:

Выход из проекта АЭС "Белене" обсуждается в Росатоме - La Tribune

Арбитраж даст "Атомстройэкспорту" больше прибыли, чем строительство станции.

NuScale начинает увольнение персонала

30 из почти 100 сотрудников отправлены в отпуск без содержания.

Иранец, руководивший достройкой "Уоттс Бар-2", уволен без объяснения причин

Блок "Уоттс Бар-2" - единственный строящийся атомный энергоблок в США.

---

---

---

---

Поиск по сайту: