|
Проект
"Безопасное ядерное топливо"
<
- - - СКАЧАТЬ ОПИСАНИЕ - - - >
Для 21 века будет характерно широкое распространение
диверсий против объектов техники и против АЭС. События 11 сентября 2001 г. в
США удивительным образом показали, как это может происходить.
Причиной уязвимости АЭС является то, что в них
используются топливные элементы с
оболочками из сплава циркония. Трубки из этого сплава прекрасно удерживают
продукты деления в нормальном режиме. Однако в
аварийных режимах температура циркониевого сплава превышает 10000С.
При такой температуре прочность сплава уменьшается в десятки раз. В результате этого продукты деления
выходят из твэлов и из реактора. В
случае падения тяжелого самолета защитная оболочка и сам реактор типа ВВЭР может быть разрушен. Радиационные последствия будут такими же, как
при чернобыльской катастрофе.
В
работе Российских ученых [1] показана перспективность применения микротвэлов в
реакторах типа ВВЭР.
Микротвэлы
представляют собой шарики из двуокиси урана покрытые многослойной оболочкой не
из металла, а из графита и карбида кремния. Они были разработаны для
высокотемпературных реакторов (ВТГР) с
гелиевым теплоносителем. Микротвэлы при ВТГР эксплуатации показали
исключительно высокие характеристики. При температуре более 1300-15000С
они эффективно удерживали продукты деления.
Общеизвестно, что керамика сохраняет прочность при
высокой температуре. В высокотемпературных реакторах микротвэлы в нормальных
режимах работали при температуре 15000С и при этом эффективно
удерживали продукты деления. В аварийных режимах они сохраняли эту способность
и при температуре 20000С. Это хорошо известное в технике свойство
керамики. Сами высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы не получили
распространения в атомной энергетике по чисто конъюктурным обстоятельствам.
Применение
микротвэлов в активной зоне в реакторах типа ВВЭР может радикально повысить
радиационную безопасность АЭС.
В
работе [1] микротвэлы размещались в
тепловыделяющей сборке (в виде
топливного слоя (свободной засыпке
микротвэлов), непосредственно охлаждаемых водяным теплоносителем.
Важно,
что тепловыделяющая сборка с микротвэлами может
быть полностью унифицированной по всем характеристикам
(теплогидравлическим, нейтронно-физическим, габаритным и пр.) с тепловыделяющей
сборкой на основе традиционных стержневых твэлов. Таким образом, можно все
действующие АЭС с ВВЭР загрузить новыми сборками с микротвэлами и, тем самым,
повысить их радиационную безопасность при любых авария до детерминистского
уровня.
В
реакторе с микротвэлами при любом отказе активной системы охлаждения отвод
остаточного тепла обеспечивается за счет естественной конвекции. При введении любой положительной реактивности
происходит ее компенсация за счет испарения теплоносителя, который одновременно
является и замедлителем. Таким уникальным свойством самозащищенности обладают
только реакторы типа ВВЭР и BWR, в
которых теплоноситель одновременно является замедлителем. Даже при разрушении
корпуса реактора в результате диверсии или падении тяжелого самолета микротвэлы, разлетевшись по территории АЭС,
удержат продукты деления.
Таким
образом, применение микротвэлов в действующих АЭС позволит создать условия для
широкомасштабного развития атомной энергетики в первой половине 21 века.
Работа по ВВЭР с микротвэлами началась в России в 1992 г. С 1994г. эта работа поддерживается
Фраматом. В настоящее время выполнен комплекс внереакторных испытаний, который
включает:
-исследование коррозионной стойкости микротвэлов в
водяном теплоносителе (3500С, 19 Мпа, 18 месяцев);
-исследование коррозионной стойкости в перегретом паре
(5500С, 10 Мпа, 15 месяцев);
-исследование коррозионной стойкости в паре высокой
температуры (9000С, 14 дней);
-исследование коррозионной стойкости в дымовых газах
(имитация паровоздушной среды) при температуре 1000-16700С в течение
6 часов;
-исследование химического взаимодействия микротвэлов с
нержавеющей сталью при температуре выше 12000С;
-расчетное исследование аварийных режимов, включая
разрушение корпуса;
-конструкторские проработки микротвэлов и тепловыделяющей
сборки.
Эти исследования
показали возможность создание реактора типа ВВЭР с уникальными характеристиками
безопасности. В настоящее время проводятся реакторные испытания микротвэлов в
водяной петле исследовательского реактора ИВВ-2М (п. Заречный, Екатеринбургский
регион).
Применительно к
кипящему реактору типа BWR с
микротвэлами работа поддерживалась Хитачи, а применительно к реактору на
быстрых нейтронах с микротвэлами работа
поддерживается в настоящее время
Комиссариатом по атомной энергии Франции. Разработка концепции корпусного
прямоточного реактора с перегревом пара и активной зоной на основе микротвэлов
поддерживается национальной лабораторией США PNNL
Цель данной работы является разработка технического
проекта микротвэла для действующих АЭС с реакторами типа ВВЭР (PWR).
Работа будет осуществляться коллективом российских
предприятий, включающим РНЦ «КИ», ВНИИАМ, НПО «ЛУЧ», ОКБ «Гидропресс».
В проекте заняты 97 специалистов и
ученых, объединенных под эгидой ВНИИАМ в единый коллектив.
В число специалистов, занятых в проекте,
входит 55 человек, принимавших участие в разработке и производстве оружия.
Общая сумма финансирования
составляет 1,100 тыс. долларов США.
Продолжительность
проекта 24 месяца.
<
- - - СКАЧАТЬ ОПИСАНИЕ - - ->
|