Ядерный реактор с твёрдым теплоносителем
Ядерный реактор с твёрдым теплоносителем — ядерный реактор, рабочим телом теплоносителя которого, вместо воды, является материал на основе пиролитического углерода.
1 - корпус
2 - устройство перемещения теплоносителя
3 - ребра жесткости
4 - питающий бункер
5 - активная зона
6 - биологическая защита
7 - многодырчатый шибер
8 - теплообменники
9 - нижние бункеры
11, 12 - трубопроводы коллекторов вторичного теплоносителя
13 - боковой отражатель нейтронов
Если рассматривать ядерные реакторы как основной источник электрической и тепловой энергии для человечества в будущем для решения глобальных задач экономии органических соединений природного происхождения (газ, нефть) и уменьшения выбросов газов от их горения в атмосферу, надо решить, по крайней мере, три задачи:
- Исключить возможность аварийного выброса радиоактивности и снизить выход в биосферу радиоактивности при функционировании всей цепочки технологий ядерной энергетики.
- Обосновать технологические схемы использования запасов ядерного топлива, способные решить задачу экономически конкурентоспособного, широкомасштабного функционирования ядерной энергетики в течение длительного времени.
- Исключить возможность применения ядерных компонентов производства энергии для создания ядерного оружия.
После аварии на Чернобыльской АЭС, МАГАТЭ поставила задачу о разработке радикально новых ядерных реакторов. Концепция первого контура безопасного ядерного реактора — рабочее тело теплоносителя должно представлять собой твердое тело, но одновременно обладать текучестью. В качестве рабочего тела первого контура предполагается использовать материал, выдерживающий температуры до 4000К, на основе пиролитического углерода. На сегодняшний день ведется лишь одна разработка ядерного реактора с таким охлаждением.
По результатам исследований получены российские патенты по тематике:
- создание условий, для осуществления надежного равномерного движения теплоснимающих твердых частиц;
- определение оптимальных размеров, форм и химического состава частиц, обеспечивающих высокий коэффициент теплоотдачи;
- пиролиз частиц, с целью придания поверхности определенных физических свойств;
а также по специфическим характерным особенностям конструкции ядерного реактора на твердом теплоносителе.
Достоинства
- Независимость давления в теплоснимающем контуре от температуры теплоносителя, вплоть до температуры сублимации твёрдого теплоносителя — при давлении ниже атмосферного можно иметь первый контур реактора с температурами в тысячи градусов с запасом до испарения (сублимации) теплоносителя также в тысячи градусов.
- В отличие от газа, обычно применяемого в реакторах типа HTGR, твёрдый теплоноситель имеет достаточно высокую плотность и коэффициент поглощения теплового излучения. При достаточно большой разнице температур теплоносителя и оболочки твэла теплопередача в основном осуществляется излучением. При достаточно высокой температуре оболочки тепловыделяющего элемента вся мощность может быть снята излучением.
- При использовании твёрдого теплоносителя практически не возникает проблем коррозии топливных элементов, а эрозия может быть сделана достаточно малой.
- Реактор с твёрдым теплоносителем может быть построен с использованием доступных в природе материалов для построения всех конструктивных элементов.
- Меньшая металлоемкость и стоимость сооружения установки.
- Высокие температуры в первом контуре реактора позволяют иметь высокий термический коэффициент полезного действия. Может быть создана конструкция с высоким ресурсом по времени его работы и по выделенной энергии (флюенсу).
- Возможность создания конструкции реакторной установки, стоимость и сложность демонтажа которой значительно ниже, чем существующих реакторов типа PWR. Радиоактивные отходы от демонтажа такого реактора будут иметь уровень удельной радиоактивности и суммарную радиоактивность в сотни раз меньше, чем у существующих реакторных систем.
- Малое степень образования жидких отходов. Твёрдые эксплуатационные отходы низкой активности не требуют больших затрат на хранение.
- Возможность постройки реактора большой мощности с низкой удельной энергонапряженностью активной зоны и большим запасом до критических значений, а также высокой надежностью.
