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).
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. |
Герой дня Стоимость строительства микрореактора "Aurora" оценивается как порядка 10 миллионов долларов. Расходы на эксплуатацию и обслуживание оцениваются как менее 3 миллионов долларов в год с учётом того факта, что микрореактор в Айдахо будет демонстрационным (FOAK). ИНТЕРВЬЮ
Янко Янев, МНЕНИЕ
Алексей Ланкевич |