GUINEVERE - шаг к MYRRHA

AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 04.02.2012

Стенд GUINEVERE со свинцовым теплоносителем вошёл в январе в строй в бельгийском центре ядерных исследований. Стенд мощностью 1 кВт выступает предшественником гибридной системы MYRRHA мощностью 57 МВт.

Бельгийское продолжение

Работы по проекту GUINEVERE ведутся совместно французскими и бельгийскими специалистами. Задача, которая ставится перед ними - попытаться освоить на практике технологию комбинированных систем, включающих в себя подкритический реактор и управляющий ускоритель.

Логика комбинированных систем, известных также как ADS-системы, проста. Входящий в них реактор находится в подкритичном состоянии, что исключает на нём в принципе реактивностную аварию.

Выход на критику производится за счёт внешнего источника, в роли которого выступает ускоритель. При отклонениях от пределов нормальной эксплуатации ускоритель может быть так или иначе отключён, и реактор сразу же вернётся в подкритичное состояние.

Мотивациями работ по GUINEVERE называют желание расширить и дополнить эксперименты MUSE, проводившиеся в Кадараше на исследовательском реакторе MASURCA в 2000-2004 годах по мониторингу реактивности в подкритических системах.

Временное закрытие MASURCA - реактор остановлен, как минимум, до 2013 года - вызвало необходимость найти новый исследовательский аппарат, на котором было бы возможно продолжать работы в обоснование комбинированных систем. Первым кандидатом на замену стала сборка VENUS в бельгийском центре SCK-CEN, на основе которой и был реализован проект GUINEVERE.

Наконец, ещё одной важнейшей мотивацией стала необходимость иметь в Западной Европе работающую установку для освоения технологий реакторов четвёртого поколения.

Название проекта GUINEVERE расшифровывается как "Generator of Uninterrupted Intense NEutron at the lead VEnus REactor". Впервые на уровне документов о нём заговорили в 2006 году, а в декабре того же года его одобрили участники интегрированного европейского проекта EUROTRANS (FP6).

Среди конкретных задач, которые должен был решать новый стенд, разработчики выделили следующие направления:

- квалификация методик и систем мониторинга реактивности в подкритичном состоянии;

- подтверждение расчётных моделей для взаимоотношения мощности системы и интенсивности внешнего источника;

- изучение и освоение процедур пуска и останова комбинированной системы, валидация аппаратуры и методик КИПиА;

- интерпретация и валидация экспериментальных данных, валидация с их помощью расчётных кодов;

- эксперименты в обоснование безопасности и лицензирования отдельных составляющих комбинированных систем.

Морской реактор и французский ускоритель

Стенд GUINEVERE в первом приближении можно назвать объединением источника нейтронов GENEPI-3C и подкритической сборки VENUS-F.

Ионы дейтерия подаются на ускоритель, разгоняются и попадают после поворота на тритий-титановую мишень. В мишени происходит реакция T(D,n)⁴He с испусканием 14-МэВных нейтронов - внешнего источника для подкритической сборки с k_эфф=0,97. Такая технология была освоена в ходе упоминавшихся выше французских экспериментов MUSE.

Измерение интенсивности нейтронного пучка может производиться по измерению количества альфа-частиц, приобретающих при своём образовании энергию 2,56 МэВ. Стоит добавить, что, кроме реакции "тритий-дейтерий", в мишени происходит также реакция "дейтерий-дейтерий" с получением протона и трития. Она становится возможной вследствие постоянной имплантации в материал мишени налетающих ускоренных частиц дейтерия.

Принципиальная схема GUINEVERE.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Для реализации проекта бельгийцы выделили в Моле критсборку VENUS. Это старая заслуженная сборка, впервые вышедшая на критику в 1964 году.

В первые годы службы сборка работала на военных, для нужд проектирования реакторов подводных лодок. Затем на ней собирались активные зоны, моделирующие легководные реакторы, как с давлением, так и кипящие. Многим расчётчикам памятен бенчмарк VENUS-2 MOX, который на стыке веков активно использовался для валидации кодов расчёта легководных реакторов с MOX-топливом.

В новой жизни VENUS превратился в быструю подкритическую сборку. Бельгийские атомщики полностью модифицировали установку. Вместо лёгкой воды, теплоносителем в сборке отныне является свинец.

Французский центр CNRS/IN2P3 отвечал за проектирование и строительство в Моле нейтронного источника GENEPI-3C. А комиссариат по атомной энергии Франции предоставил для стенда GUINEVERE топливо и свинцовые стержни.

Над помещением, в котором находится VENUS, был надстроен дополнительный этаж. В нём теперь располагается ускоритель и система магнитов, поворачивающая ускоренный поток ионов дейтерия на 90° вниз, к мишени и подкритической сборке.

Строительство второго этажа началось 1 сентября 2008 года и завершилось 24 апреля 2009 года. После этого, бельгийцы и французы приступили к монтажу оборудования и технологических систем - вентиляции, электрокабелей и многого другого.

Расположение ускорителя и подкритической сборки.
Красной пунктирной линией обведен надстроенный этаж для ускорителя.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Слева - внешний вид здания GUINEVERE.
Справа - внутри второго (ускорительного) этажа до начала монтажа систем и оборудования.
В полу видно отверстие для прохода пучка ионов.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

VENUS-F - свинцовая сборка

VENUS-F, или модифицированная версия VENUS, вызовет большой интерес не только у тех, кто непосредственно вовлечён в проект GUINEVERE, но и у остальных специалистов, работающих в быстрых программах.

Это не должно вызывать удивления. Ведь VENUS-F - критсборка со свинцовым теплоносителем!

Схема VENUS-F.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Конечно, VENUS-F - не совсем то, что требуется для быстрых свинцовых реакторов, которые могут появиться в будущем.

Прежде всего, так как мощность сборки практически нулевая (1 кВт), свинец в ней можно называть теплоносителем лишь условно. Свинец в сборке твёрдый, не расплавленный. Кассеты собираются из топливных и свинцовых стержней, как показано на рисунке ниже.

Кассета VENUS-F.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Кассета VENUS-F состоит из девяти топливных стержней, обложенных свинцовыми стержнями. Топливо - металлический уран 30% обогащения. Диаметр топливного стержня - 1,27 см.

Длина активной части кассеты составляет 60 см. Сверху и снизу в кассете имеются свинцовые отражатели толщиной до 40 см. Добавим, что примерно такая же толщина у радиального свинцового отражателя.

Диаметр активной зоны приблизительно равен 1 метру. Несмотря на то, что сборка VENUS-F называется подкритической, она может существовать и в критическом состоянии.

В этом случае, она собирается из 88 кассет. Её оценочные характеристики таковы. Время генерации Λ=0,39 μs. Значение β_эфф=748 pcm.

Критическая конфигурация VENUS-F
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

При работе в составе GUINEVERE, четыре центральных кассеты сборки извлекаются. Вместо них устанавливается тритий-титановая мишень, на которую сверху падает поток ускоренных ионов дейтерия.

В базовой конфигурации на сборке обеспечивается подкритичность k_эфф=0,97.

Однако проектанты предусмотрели и другие подкритичные конфигурации для сборки, в том числе, за счёт варьирования характеристиками отражателей. В итоге на VENUS-F можно будет создавать подкритические состояния с k_эфф от 0,85 до 0,99.

Базовая подкритическая конфигурация VENUS-F.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

GENEPI-3C

Название нейтронного источника GENEPI расшифровывается как "GEnerateur de NEutrons Pulse Intense". Первая установка из серии GENEPI была построена французскими атомщиками для экспериментов MUSE.

Источник GENEPI-3C, который будет работать в составе проекта GUINEVERE, обладает улучшенными характеристиками по сравнению со своими предшественниками. Интенсивность нейтронного пучка в нём варьируется от 2×10⁹ до 10¹¹ н/с.

Характеристики GENEPI-3C.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Схема канала GENEPI-3C.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Заключение

Пуск стенда GUINEVERE со свинцовым теплоносителем можно смело вносить в список успехов сотрудничества французских и бельгийских атомщиков.

Эксперименты на GUINEVERE позволят им набрать хороший опыт эксплуатации комбинированных систем "подкритический реактор и ускоритель", о перспективности (или, наоборот, тупиковости) которых за последние годы в атомном сообществе было сломано немало копий.

Несомненно, французы и бельгийцы постараются задействовать GUINEVERE при разработке своего следующего проекта - комбинированной системы MYRRHA, которая будет иметь достаточно большую мощность, до 57 МВт.

Наконец, GUINEVERE может помочь европейским атомщикам в деле освоения тяжёлометаллических теплоносителей для быстрых реакторов будущего.

В статье использован графический материал из доклада "GUINEVERE: construction of a zero-power Pb fast ADS at Mol", авторы - A.Billebaud (CNRS/LPSC) и другие.

Ключевые слова: Исследовательские реакторы, Ускорители, Свинец, Бельгия, Франция

---

Другие новости:

Сообщения о планах МАГАТЭ открыть офис в Фукусиме не соответствуют действительности

Решение об офисе пока не принято.

СП ГК "Росатом" и Alstom поставит оборудование машинного зала для Балтийской АЭС

Общая сумма договора превышает 35 миллиардов рублей.

Юкка Лааксонен переходит на работу в ЗАО "Русатом Оверсис"

Ранее он возглавлял финский регулирующий орган.

---

---

---

---

Поиск по сайту: