Международное сотрудничество по быстрым натриевым реакторам в рамках Generation-IV

Smith, для AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 28.12.2014

Мы публикуем статью, подготовленную для электронного издания AtomInfo.Ru, давним активным участником нашего форума. По его просьбе, в авторстве указывается только его ник на форуме Smith.

Статья подготовлена на основе доклада, представленного во время майского заседания технической рабочей группы по вопросам развития быстрых реакторов, которое проходило в штаб-квартире МАГАТЭ в Вене.

Основные требования, которые предъявляются к реакторам на быстрых нейтронах (РБН) с натриевым теплоносителем со стороны широко известной программы Generation-IV, согласованной мировым сообществом в 2001 году, можно сформулировать следующим образом.

1. Эффективная утилизация минор-актинидов (МА).

2. Генерация электроэнергии по конкурентоспособной цене в сравнении с альтернативными источниками.

3. Возможный риск от внедрения натриевых РБН должен быть значительно ниже, чем риск от внедрения альтернативных источников генерации.

4. Сокращение количества отходов, образующихся при эксплуатации, техническом обслуживании и выводе АЭС из эксплуатации.

5. Уже на стадии проектирования должны учитываться такие вопросы, как устойчивость к распространению ядерного оружия и повышение физической защищённости объекта.

Первоочередная миссия натриевой технологии - это решение вопросов обращения с ВАО и эффективное использование урановых ресурсов. Кроме того, необходимым условием массового внедрения натриевых РБН является сокращение требуемых капитальных затрат на сооружение.

На Рис.1 схематично представлены некоторые проекты натриевых РУ, разработка которых ведётся в настоящее время, а именно:

      - Japan Sodium-cooled Fast Reactor (JSFR), Япония, петлевая компоновка;

      - European Sodium Fast Reactor (ESFR), ведущую роль в проекте играет Франция, реактор бассейнового типа;

      - KALIMER, Южная Корея, реактор бассейнового типа;

      - Small Modular Fast Reactor (SMFR), США.

Рис.1. Проекты натриевых РБН.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

В Таблице 1 представлены основные технико-экономический показатели упомянутых выше РУ.

Таблица 1. Технико-экономические параметры натриевых РУ.

Параметр	JSFR	ESFR	KALIMER	SMFR
Электрическая мощность, МВт(эл)	1500	1500	600	50
Тепловая мощность, МВт(т)	3570	3600	1523	125
КПД, %	42	∼42	42	∼38
Температура теплоносителя на выходе из а.з., °С	550	545	545	∼510
Температура теплоносителя на входе в а.з., °С	395	395	390	∼355
Температура острого пара, °С	503	490	503	480
Давление острого пара, МПа	16,7	18,5	16,5	20
Топливная кампания, годы	1,5-2,2	1,25	1,5	30
Количество перегрузок, шт	4	5	4	1
Диаметр а.з., м	5,1	4,9	5,2	1,75
Высота а.з., м	1,0	1,0	0,94	1,0
Вид топлива	MOX (с добавлением МА)	MOX (с добавлением МА)	Металл (U-МА-10%Zr)	Металл (U-МА-10%Zr)
Материал оболочки твэла	ДУО-сталь	ДУО-сталь	HT9M	HT9
Обогащение по плутонию, %	13,8	15,2	14,3	15,0
Выгорание, ГВт×сут/т	150	155 (макс)	80	∼87
КВ	1,0-1,2	1,0-1,2	1,0	1,0

В Таблице 2 представлены основные направления совместных НИОКР в рамках развития натриевых РБН и связанного с ними ЯТЦ с указанием стран, принимающих активное участие в тех или иных исследованиях.

В первой колонке в скобках указаны года подписания либо пересмотра соглашения о конкретном содержании и сроках проведения запланированных НИОКР.

Таблица 2. Направления НИОКР в рамках развития натриевых РБН.

Направление	Евросоюз	Франция	Япония	Китай	Ю. Корея	Россия	США
Рамочное соглашение (2006)	+	+	+	+	+	+	+
Перспективное топливо (2007)	+	+	+	?	+	?	+
Демонстрация рецикла МА (2007)		+	+				+
Общий дизайн и вспомогательное оборудование (2007, в стадии пересмотра)	?	+	+		+		+
Безопасность и эксплуатация (2009, пересмотрено в 2012)	+	+	+	+	+	+	+
Системная интеграция и оценка	?	?	?	?	?	?	?

+ - подписано; ? - обсуждается.

Основные направления

Основная цель направления "Перспективное топливо" заключается в выборе топливной композиции с потенциально высоким выгоранием и возможностью эффективной утилизации МА, а также материаловедческих исследованиях оболочек твэлов, способных выдерживать высокие температуры и дозы облучения.

Спектр изучаемых видов топлива очень широк: оксидное, металлическое, нитридное и карбидное, а в качестве материалов для оболочек твэлов рассматриваются ферритно-мартенситные и ДУО-стали.

Дорожная карта исследований по направлению "Перспективное топливо" (Рис.2) включает в себя три крупных этапа:

      - предварительный анализ рассматриваемых топливных композиций, который завершился в 2009 году определением потенциальных характеристик того или иного вида топлива;

      - оценка возможности утилизации МА, которая должна завершиться в 2015 году предварительным выбором перспективного вида/видов топлива;

      - изучение поведения выбранных топливных композиций под облучением, которое должно завершиться в 2020 году окончательным выбором вида топлива, а также необходимых конструкционных материалов.

На момент представления доклада уже имелся некоторый опыт облучения оксидного и металлического топлива в исследовательских реакторах JOYO (Япония) и ATR (США).

Рис.2. Дорожная карта направления "Перспективное топливо".
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Направление "Демонстрация рецикла МА", как следует из названия, фокусируется на опытно-промышленной демонстрации возможности утилизации нептуния, америция и кюрия в натриевых РБН, которую планируется провести с привлечением японских реакторов JOYO и "Monju" (Рис.3).

В случае получения положительных результатов подобное решение вопроса обращения с МА должно способствовать решению проблемы накопления ВАО и нераспространения ядерных материалов.

Рис.3. Взаимодействие США, Франции и Японии при проведении исследований
по направлению "Демонстрация рецикла МА".
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Последовательность реализации направления "Демонстрация рецикла МА" (Рис.4) включает в себя три этапа.

На первом твэлы, содержащие нептуний и америций, будут последовательно облучаться в JOYO и "Monju", на втором твэлы, содержащие уже все три рассматриваемых МА, будут облучаться только в JOYO, а на третьем запланировано облучение полноценной ТВС с МА в "Monju".

Рис.4. Стадии реализации подпрограммы GACID.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Что касается направления "Общий дизайн и вспомогательное оборудование", то эти исследования ориентированы, прежде всего, на оптимизацию процессов проведения инспекций и ремонта оборудования, а также отдельных конструктивных элементов РУ (включая анализ реализации концепции "течь перед разрушением"), парогенераторного оборудования, изучение альтернативных вариантов преобразования энергии (к примеру, цикл Брайтона).

Основные цели исследований по направления "Безопасность и эксплуатация" заключаются в следующем:

      - проведение НИОКР в поддержку предлагаемых разработчиками подходов к обеспечению безопасности РУ, проверка функциональности конкретных систем безопасности (в том числе и пассивных);

      - разработка и тестирование расчётных средств (включая коды) для более эффективного проведения подобных исследований;

      - анализ накопленного опыта эксплуатации как действующих, так и уже остановленных натриевых РБН ("Monju", "Phenix", БН-600 и CEFR).

Начиная с 2012 года, для успешной реализации этого направления действует широкая кооперация специалистов, представляющих организацию "Евратом", а также такие страны, как Китай, Франция, Япония, Южная Корея, Россия и США.

Основные цели направления "Системная интеграция и оценка":

      - сведение воедино итоговых результатов НИОКР по различным направлениям исследований технологии натриевых РБН и связанного с ними ЯТЦ;

      - выполнение проектных исследований и исследований в области обеспечения безопасности;

      - оценка существующих проектов натриевых РБН с учетом требований, изложенных в основополагающих документах программы Generation-IV.

Кроме описанных выше направлений НИОКР, в стадии обсуждения находятся такие вопросы, как распределение ролей участников, сроки и порядок реализации программы международных исследований под названием "Advanced Technology Experiment Sodium Facility" (AtheNa).

Эта программа будет нацелена на углубленное освоение технологии натриевого теплоносителя, включая средства предотвращения и ликвидации последствий возможных аварий, связанных с течами натрия.

Рис.5. Комплекс зданий, в котором планируется проводить исследования по программе AtheNa (Япония).

Подводя итоги, можно констатировать, что в рамках международных соглашений продолжается активное сотрудничество по дальнейшему освоению технологии натриевых РБН (решения в части систем безопасности, преобразования тепловой энергии и т.п.), а также различных аспектов замыкания ЯТЦ на их основе (новые виды топлива, способы утилизации МА и т.п.).

При этом тематические планы и сроки проведения НИОКР при необходимости пересматриваются с учётом результатов, полученных на предыдущих стадиях.

Окончательное согласование документа по направлению "Системная интеграция и оценка" позволит объединить и оценить результаты НИОКР по всем направлениям работ.

Ключевые слова: Быстрые натриевые реакторы, Статьи, Smith

---

Другие новости:

Ростов-3 подключён к энергосистеме России

Третий энергоблок Ростовской АЭС начал давать первые киловатт-часы в единую энергосистему страны.

Избыточная генерация от Ростовской АЭС может быть направлена на энергообеспечение Крыма

Одной из причин принятия решений о переносе сроков сооружения четвёртого энергоблока Ростовской атомной станции с 2019 на 2017 год стала необходимость создания избытка электроэнергии на юге России для последующего энергообеспечения Крыма.

Источник: один состав БЖРК "Баргузин" сможет нести шесть баллистических ракет

Эскизное проектирование "Баргузина" завершено.

---

---

---

---

Поиск по сайту: