Стенд для испытаний переходных реакторов
43 ° 41'11 "N 112 ° 45'36" W / 43,68647 ° N 112,75998 ° W
Испытательная установка переходного реактора ( TREAT с воздушным охлаждением и графитовым замедлителем , теплового спектра предназначенный для испытаний ) представляет собой ядерный реактор , предназначенный для испытаний реакторного топлива и конструкционных материалов. [1] Построенный в 1958 году и эксплуатировавшийся с 1959 по 1994 год, TREAT был построен для проведения испытаний реактора в переходных режимах, когда испытуемый материал подвергается воздействию нейтронных импульсов, которые могут имитировать условия, варьирующиеся от легких переходных процессов до аварий на реакторе . TREAT был разработан Аргоннской национальной лабораторией, [2] и расположен в Национальной лаборатории Айдахо . С момента первоначального строительства на объекте проводились дополнения или модернизации систем в 1963, 1972, 1982 и 1988 годах. Пристройка 1988 года была обширной и включала модернизацию большинства контрольно-измерительных приборов и систем управления. [3]
Министерство энергетики США (DOE) решило возобновить программу переходных испытаний. [4] [5] [6] [7] [8] и планировал инвестировать около 75 миллионов долларов в перезапуск объекта TREAT к 2018 году. Возобновление интереса к TREAT было вызвано ядерной катастрофой на Фукусиме-1 в 2011 году , которая привела к остановке атомных электростанций Японии и Германии . Планируется, что одним из вариантов использования TREAT станет испытание нового безопасного топлива для ядерных реакторов. [9] [10] [11] TREAT был успешно перезапущен в ноябре 2017 года в рамках бюджета и с опережением графика и в настоящее время все еще работает.
Топливо и активная зона
[ редактировать ]Топливные сборки TREAT имеют длину примерно 9 футов и квадратное сечение 4 дюйма. Топливо представляет собой смесь графита и урана : 1 часть урана на 10 000 частей графита. Активная часть топливной сборки составляет около 48 дюймов, графитовый отражатель расположен примерно на 24 дюйма выше и ниже активной части. Активная часть ТВС покрыта циркалоем . Также имеется графитовый осевой отражатель, состоящий из двух частей. Первая часть осевого отражателя состоит из подвижных сборок, аналогичных ТВС, но содержащих только графит и не содержащих топлива. Вторая часть осевого отражателя состоит из постоянных графитовых блоков толщиной примерно 24 дюйма, уложенных снаружи полости активной зоны. Этот постоянный отражатель был извлечен из реактора №1 в Чикаго, первого в мире ядерного реактора . Активную зону можно нагружать до размеров от 5 на 5 футов (номинально) до 6 на 6 футов (максимум), в зависимости от потребностей эксперимента. [12] [13]
Как описано выше, топливо состоит из смеси графита и урана. Уран находится в форме частиц оксида урана размером примерно 20 микрон и находится в непосредственном контакте с графитовым замедлителем. Графит не только является замедлителем нейтронов, но и действует как большой теплоотвод. Временная задержка теплопередачи составляет порядка 1 миллисекунды, что намного быстрее, чем передача тепла жидкому теплоносителю, протекающему мимо тепловыделяющих сборок. Кроме того, когда графит нагревается, он создает значительный отрицательный температурный коэффициент замедлителя. Эти характеристики позволяют TREAT создавать большие «самоограничивающиеся» переходные процессы, которые ограничиваются отрицательным коэффициентом замедлителя топлива без движения управляющего стержня. [13]
Экспериментальные возможности
[ редактировать ]TREAT способен работать в широком диапазоне операций и условий испытаний. TREAT может работать на установившейся мощности 100 кВт, производить кратковременные переходные процессы мощностью до 19 ГВт или формировать переходные процессы, управляемые системой автоматического управления реактором TREAT и управляющими стержнями . Тестовую сборку можно вставить в центр сердечника. Испытательная сборка представляет собой автономный автомобиль, который может содержать топливо или материалы для различных типов реакторов. [14] Эти испытательные сборки, также называемые испытательными аппаратами или испытательными контурами, могут моделировать условия легководного реактора , тяжеловодного реактора , жидкометаллического быстрого реактора-размножителя или газоохлаждаемого реактора . [15]
В некоторых экспериментах была предусмотрена возможность высокоскоростной кинозаписи эксперимента, например, этих видеороликов .
Годоскоп
[ редактировать ]быстрых нейтронов TREAT имеет годоскоп , который коллимирует и обнаруживает быстрые нейтроны деления, испускаемые экспериментальным образцом топлива.
Годоскоп TREAT состоит из переднего коллиматора, заднего коллиматора, блока детекторов, электроники для взаимодействия с детекторами и системы сбора данных. Коллиматор имеет 10 столбцов по 36 рядов, которые ориентированы на массив (или массивы) из 360 детекторов. Годоскоп обеспечивает временное и пространственное разрешение движения топлива во время переходных процессов, а также измерение распределения топлива на месте до, во время и после эксперимента. [15] [16] Один массив детекторов состоит из детекторов Hornyak Button. [17] Кнопка Хорняка представляет собой детектор быстрых нейтронов, состоящий из пленки ZnS, нанесенной на люцит, которые вместе образуют «кнопку». Кнопка прикреплена к фотоумножителю. Этот детектор показывает хорошую эффективность при регистрации быстрых нейтронов на фоне тепловых нейтронов и гамма-излучения. [18]
Установка нейтронной радиографии
[ редактировать ]TREAT имеет установку нейтронной радиографии на западной стороне реактора. Это позволяет проводить неразрушающий контроль экспериментально-испытательной сборки (или других материалов) длиной до 4 метров. TREAT может работать при установившейся мощности до 120 кВт для производства нейтронов для рентгенографической установки. [19] [2] [14]
Системы
[ редактировать ]Приводы управляющих стержней
[ редактировать ]
TREAT имеет три блока механизмов привода регулирующих стержней: стержни управления/отключения, стержни компенсации/отключения и переходные стержни. В каждой группе имеется по 4 приводных механизма. Механизмы привода находятся под реактором и поднимают стержни управления из реактора для увеличения реактивности. [20] Эти блоки стержней управления расположены в два кольца. Внутреннее кольцо содержит четыре приводных механизма – тяги компенсации/отключения, по одному управляющему стержню на каждый приводной механизм. На внешнем кольце имеются четыре привода управления/отключения и четыре привода переходного стержня. Механизмы управления/останова и привода переходных стержней имеют по два стержня управления на каждый механизм привода. Все стержни управления содержат ядовитые секции B 4 C. Приводные механизмы компенсации/отключения и управления/отключения приводятся в действие механическим ходовым винтом и используют пневматическое давление для обеспечения функции аварийного останова. Четыре привода переходных стержней имеют гидравлический привод и управляются системой автоматического управления реактором (ARCS) для управления переходными процессами. [21] Эти переходные стержни перемещаются со скоростью до 170 дюймов в секунду при общем ходе 40 дюймов (т.е. полный ход 40 дюймов занимает примерно 0,24 секунды). [22]
Система отключения реактора
[ редактировать ]Система отключения реактора TREAT (RTS) предназначена для автоматического отключения реактора TREAT, если какой-либо из нескольких измеряемых параметров превышает заранее определенные заданные значения. По этой базовой функции TREAT RTS аналогичен системе защиты реактора (СЗР) на коммерческой электростанции . Однако TREAT RTS отличается от коммерческой установки RPS по нескольким причинам. Во-первых, УЗД коммерческой станции использует комбинационную логику (например, 2 из 3 или 2 из 4) каналов системы защиты, чтобы снизить вероятность непреднамеренного отключения реактора. TREAT RTS имеет 3 канала измерения переходных процессов и 2 канала измерения устойчивого состояния. TREAT RTS отключит реактор, если какой-либо канал укажет на необходимость отключения. Поскольку TREAT не работает в течение длительного периода времени, использование комбинационной логики для уменьшения вероятности непреднамеренного отключения не требуется. Во-вторых, TREAT RTS имеет больше рейсов, связанных с ядерными приборами, и меньше рейсов, связанных с технологическими процессами, чем коммерческая станция. Например, на коммерческих установках (PWR) могут возникать отключения по уровню парогенератора, расходу охлаждающей жидкости реактора или потере нагрузки (отключение главного генератора или турбины). У TREAT не так много поездок, связанных с технологическими процессами, из-за относительно простых технологических систем. [23]
Система автоматического управления реактором (САУР)
[ редактировать ]Управление мощностью реактора в переходных режимах осуществляется системой автоматического управления реактором (САУР). ARCS была одной из систем, установленных во время модернизации TREAT в 1988 году. Установленная тогда система была основана на компьютерах Intel Multibus Chassis, в которых использовались микропроцессоры Intel 8086. Переходный процесс, который необходимо выполнить, определяется «предписанием переходного процесса», которое вводится в ARCS перед каждым переходным процессом. [21]
В 2019 году ARCS была заменена системой National Instruments PXI с программным обеспечением LabView. Эта новая система выполняет те же функции, что и предыдущая, с некоторыми усовершенствованиями алгоритмов. [24]
ЛЕЧЕНИЕ Перезапуск
[ редактировать ]14 ноября 2017 года реактор TREAT достиг критичности впервые с 1994 года. Это было выполнено на 12 месяцев раньше запланированного срока и примерно на 20 миллионов долларов меньше бюджета. Это важная веха на пути к испытаниям нового ядерного топлива, которые, как ожидается, начнутся в 2018 году. [25] [26] [27] [28] [29] [30]
Завершение первого топливного эксперимента
[ редактировать ]18 сентября 2018 года TREAT завершил первый эксперимент с небольшим образцом топлива легководного реактора. [31] [32] [33] [34] [35] Это стало очень важной вехой для реактора TREAT и важным шагом на пути к одной из задач TREAT — проверке нового аварийно-устойчивого ядерного топлива для коммерческих электростанций. Старший сенатор от Айдахо, сенатор Майк Крапо , зачитал приведенное ниже заявление в протоколе Конгресса.
ПРИЗНАНИЕ ПЕРЕЗАПУСКА ПЕРЕХОДНОГО РЕАКТОРА ИСПЫТАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Господин КРАПО. Господин Президент, вместе с моими коллегами, сенатором Джеймсом Ришем и членом палаты представителей Майком Симпсоном, сегодня я хочу привлечь внимание к важному событию, происходящему сегодня на территории Министерства энергетики США площадью 890 квадратных миль в Айдахо. Сегодня сотрудники Национальной лаборатории Айдахо, INL, провели первые эксперименты на установке для испытания переходного реактора TREAT почти за четверть века.
Национальная лаборатория Айдахо — это ведущая в нашей стране исследовательская, опытно-конструкторская и демонстрационная лаборатория в области ядерной энергетики, место, где были построены и продемонстрированы 52 оригинальных ядерных реактора. Одним из этих реакторов была установка TREAT, которая работала с 1959 по 1994 год и оставалась полностью заправленной топливом, находясь в режиме ожидания. Переходные испытания направлены на испытания ядерного топлива в аварийных условиях. TREAT — один из самых эффективных и гибких переходных испытательных реакторов в мире.
После аварии на электростанции Фукусима-Дайити в Японии 11 лет назад Конгресс поручил Министерству энергетики разработать реакторное топливо, которое могло бы лучше противостоять аварийным условиям. За 35 лет эксплуатации TREAT на реакторе было произведено 6604 запуска реактора и 2884 кратковременных облучения. Учитывая эту историю, имело больше смысла перезапустить установку, чем строить новый реактор. Это решение окупилось, когда 31 августа 2017 года программа возобновления переходных испытаний была завершена более чем на год раньше запланированного срока и примерно на 17 миллионов долларов США меньше бюджета.
Этот весьма успешный перезапуск объекта TREAT был отмечен в августе, когда совместная команда Министерства энергетики и INL получила премию министра энергетики. Эта награда присуждается сотрудникам или подрядчикам Министерства энергетики, добившимся значительных достижений. Это наивысшее неденежное внутреннее признание, которое может быть достигнуто в Министерстве образования. Министр энергетики США Рик Перри подчеркнул усилия и эффективность команды перезапуска TREAT и признал важность объекта для ученых и инженеров в области ядерной энергетики, поскольку они работают над разработкой передового ядерного топлива и реакторных технологий.
Поздравляем INL и Министерство энергетики с перезапуском TREAT и с возобновлением работы важного национального актива в усилиях по разработке современных ядерных реакторов, столь жизненно важных для нашей экономики, окружающей среды и национальной безопасности. [36]
Общая ссылка
[ редактировать ]Стейси, Сьюзен М. (2000) Доказательство принципа: история Национальной инженерной и экологической лаборатории Айдахо, 1949–1999. Правительственная печать США. стр. 136, 268. ISBN 0-16-059185-6 .
Конкретные ссылки
[ редактировать ]- ^ Келли, Джон Э.; Райт, Стивен Алан; Тикаре, Вина; Маклин, Хизер Дж.; Парма, Эдвард Дж.; Питерс, Кертис Д.; Вернон, Милтон Э.; Пикард, Пол С. (1 октября 2007 г.). Глобальное партнерство по ядерной энергии проводит испытания топлива в переходных условиях на ядерных объектах национальных лабораторий Сандии: планирование и варианты инфраструктуры объекта (технический отчет). ОСТИ 934862 .
- ^ Jump up to: а б «Технология быстрых реакторов - реакторы, спроектированные/построенные Аргоннской национальной лабораторией» . www.ne.anl.gov . Проверено 21 августа 2015 г.
- ^ «Информационный бюллетень INL - Испытательная установка переходных реакторов» . Проверено 25 июля 2015 г.
- ^ «Айдахо возвращает к жизни испытательный ядерный реактор» . Ассошиэйтед Пресс. Ассошиэйтед Пресс. 5 октября 2014 года . Проверено 7 августа 2015 г.
- ^ РАМЗЕТ, ЛЮК (3 октября 2014 г.). «Возвращение к жизни испытательного ядерного реактора в INL». Почтовая регистрация (Айдахо-Фолс, Айдахо).
- ^ «Министерство энергетики опубликовало вывод об отсутствии существенного воздействия экологической оценки на возобновление переходных испытаний ядерного топлива и материалов в Национальной лаборатории Айдахо» . Министерство энергетики США, Управление ядерной энергии, Инициативы, Эксплуатация ядерных объектов . Проверено 26 июля 2015 г.
- ^ «Возобновление переходных испытаний» . Министерство энергетики США, Управление ядерной энергии, Инициативы, Эксплуатация ядерных объектов . Проверено 26 июля 2015 г.
- ^ «Перезапуск реактора TREAT» . Альянс реки Снейк . Проверено 7 августа 2015 г.
- ^ Баллард, Дороти (07 октября 2014 г.). «Ядерный реактор TREAT вновь откроется после 20 лет простоя» . ПеннЭнерджи . ПеннНу . Проверено 25 июля 2015 г.
- ^ «Разработка топлива для легководных реакторов с повышенной аварийной устойчивостью – доклад Конгрессу» . Министерство энергетики США . Проверено 10 октября 2015 г.
- ^ Грегуар, Тим (август 2016 г.). «Тематическое совещание «Ядерное топливо и конструкционные материалы 2016». Ядерные новости . 59 (9). Американское ядерное общество, Incorporated: 123. ISSN 0029-5574 .
- ^ Хит, Брэдли К. (2014). «Параметрические тепловые модели испытательной установки переходного реактора (ТРИТ)» . Министерство энергетики США. дои : 10.2172/1164846 . ОСТИ 1164846 . Проверено 8 августа 2015 г.
- ^ Jump up to: а б Окрент, Д.; Дикерман, CE; Гасидло Дж.; О'Ши, DM; Шеберле, Д.Ф. (1 сентября 1960 г.). Реакторная кинетика испытательного стенда переходных реакторов (ТРИТ) (Технический отчет). дои : 10.2172/4117807 . ОСТИ 4117807 . АНЛ-6174.
- ^ Jump up to: а б Кармак, Джон (2009). «Будущие переходные испытания усовершенствованных видов топлива» . Министерство энергетики США. дои : 10.2172/978352 . Проверено 8 августа 2015 г.
- ^ Jump up to: а б КРОУФОРД, округ Колумбия; СВОНСОН, RW; РАЙТ, А.Е.; ХОЛЬЦ, RE «РИА ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПЫТАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ПЕРЕХОДНОГО РЕАКТОРА» (PDF) . Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) . Проверено 2 сентября 2015 г.
- ^ Родс, Э.; ДеВольпи, А.; Финк, К.; Стэнфорд, Г.; Печина, Р.; Трэвис, Д.; Каш, Р. (январь 1978 г.). TREAT Годоскоп быстрых нейтронов: улучшение временного и массового разрешения движения топлива . Симпозиум IEEE по ядерной науке, Вашингтон, округ Колумбия, США, 18 октября 1978 г. Министерство энергетики США. ОСТИ 6786663 .
- ^ ДеВольпи, А.; Финк, CL; Марш, GE; Родос, EA; Стэнфорд, GS (1980). Годоскоп быстрых нейтронов в TREAT: методы количественного определения рассеяния топлива . Аргоннская национальная лаборатория. дои : 10.2172/1130757 . ОСТИ 1130757 . Проверено 18 октября 2015 г.
- ^ Хорняк, ВФ (17 октября 1951 г.). Детектор быстрых нейтронов (Технический отчет). дои : 10.2172/4396836 . ОСТИ 4396836 .
- ^ Дженсен, Шон Р.; Э. Крафт, Аарон (2 сентября 2018 г.). Возобновление программы нейтронной радиографии на установке испытаний переходных реакторов (TREAT) . 11-я Всемирная конференция по нейтронной радиографии, Сидней, Австралия, 02.09.2018 – 07.09.2018. ОСТИ 1484514 .
- ^ Бесс, Джон Даррелл; ДеХарт, Марк Дэвид (1 октября 2015 г.). Базовая оценка потребностей в моделировании и анализе (технический отчет). Национальная лаборатория Айдахо. дои : 10.2172/1240047 . ОСТИ 1240047 .
- ^ Jump up to: а б Липински, WC; Брукшир, ВК; Берроуз, ДР; Ленксус, Франция; Макдауэлл, WP (1 января 1985 г.). Система управления и защиты реактора TREAT . Международное тематическое совещание по компьютерным приложениям для эксплуатации и управления атомными электростанциями, Паско, Вашингтон, США, 8 сентября 1985 г. OSTI 6350642 .
- ^ Уэйд, округ Колумбия; Бхаттачарья, СК; Липински, WC; Стоун, CC (1 января 1982 г.). Проект активной зоны модернизированного реактора очистки . Тематическое совещание ANS по экспериментам на быстрых, тепловых и термоядерных реакторах, Солт-Лейк-Сити, Юта, США, 12 апреля 1982 г. Аргоннская национальная лаборатория, Иллинойс (США). ОСТИ 6345682 .
- ^ Ленксус, Франция; Бухер, Р.Г. (1 января 1984 г.). Микропроцессорный тестер системы отключения реактора очистки . Симпозиум по ядерной науке, Орландо, Флорида, США, 31 октября 1984 г. OSTI 6120836 .
- ^ Бейкер, Бенджамин Аллен; Филдинг, Курт Д.; Хансен, Джейкоб Э.; Эллсворт, Таннер (9 февраля 2021 г.). «Усовершенствования новой системы автоматического управления реактором TREAT (ARCS)» . Ядерные технологии . 207 (11): 1746–1752. Бибкод : 2021NucTe.207.1746B . дои : 10.1080/00295450.2020.1833621 . ISSN 0029-5450 . ОСТИ 1957951 . S2CID 233939814 .
- ^ «Национальная лаборатория Министерства энергетики США возобновляет эксплуатацию переходного испытательного реактора США» . Energy.gov.ru . Проверено 1 декабря 2017 г.
- ^ Энергетика, Департамент. «Перезапуск испытательного реактора в Национальной лаборатории Айдахо» . Проверено 1 декабря 2017 г.
- ^ «США перезапускают ядерный испытательный полигон в Айдахо спустя 23 года | 24-часовые новости Талсы, погода и дорожное движение» . Радио КРМГ . Проверено 1 декабря 2017 г.
- ^ «США перезапускают ядерный испытательный центр TREAT в Айдахо спустя 23 года» . www.elp.com . Проверено 1 декабря 2017 г.
- ^ «США перезапускают уникальный испытательный реактор – Nuclear Engineering International» . www.neimagazine.com . Проверено 1 декабря 2017 г.
- ^ «Испытательный реактор США возобновляет работу» . www.world-nuclear-news.org . Проверено 1 декабря 2017 г.
- ^ «Реактор INL TREAT успешно завершил первый эксперимент с топливом» . ИНЛ . Проверено 28 октября 2018 г.
- ^ «Национальная лаборатория Айдахо завершает первый эксперимент с топливом на переходном испытательном реакторе США» . Energy.gov.ru . Проверено 28 октября 2018 г.
- ^ Браун, Натан. «Испытательный реактор INL возродился благодаря первому эксперименту за десятилетия» . Государственный журнал Айдахо . Проверено 28 октября 2018 г.
- ^ «Перезапущенный американский реактор завершил первое испытание топлива» . Мировые ядерные новости . Проверено 28 октября 2018 г.
- ^ «Реактор TREAT проводит первый топливный эксперимент» . КИФИ . 19 сентября 2018 г. Архивировано из оригинала 28 октября 2018 г. Проверено 28 октября 2018 г.
- ^ «Записи Конгресса» . www.congress.gov . Проверено 28 октября 2018 г.