УХТРЭКС
Эксперимент со сверхвысокотемпературным реактором ( UHTREX ) — экспериментальный ядерный реактор с газовым охлаждением , работавший в Национальной лаборатории Лос-Аламоса в период с 1959 по 1971 год. [1] [2] в рамках исследований по снижению стоимости атомной энергетики. [3] Его целью было протестировать и сравнить преимущества использования простого топлива с недостатками загрязненного контура охлаждения . [4] Впервые он достиг полной мощности в 1969 году. [5]
Эксперимент был побочным продуктом проекта «Ровер» , предназначенного для разработки ядерной тепловой ракеты . [1]
Конструкция активной зоны реактора
[ редактировать ]Ядро UHTREX состояло из вертикального полого вращающегося цилиндра (башни), изготовленного из твердого графита .
Цилиндр . имел внешний диаметр 70 дюймов, внутренний диаметр 23 дюйма и высоту 39 дюймов Активная зона имела 312 топливных каналов. Каналы были равномерно разнесены радиально вокруг ядра с интервалом 15 градусов и расположены в 13 отдельных слоях по 24 канала в каждом. Каждый канал вмещал до 4 твэлов и полностью доходил до внутренней части цилиндра. Ядро можно было дозаправлять дистанционно на полной мощности. [4] Дозаправка заключалась в повороте активной зоны в канал, в котором находится элемент, требующий замены, и проталкивании нового элемента. Использованный элемент будет выталкиваться в центр и падать на основание реактора, где его можно будет собрать. На полной мощности реактор использовал от 1 до 6 твэлов в сутки в зависимости от обогащения и пористости твэла. Он произвел 3 МВт тепловой энергии.
Преимущества
[ редактировать ]Типичный ядерный реактор предотвращает прямой контакт теплоносителя с топливными таблетками либо путем оболочки топливных таблеток, герметизации топливных таблеток внутри топливного стержня , либо путем пропускания теплоносителя через отдельный трубопровод. Это предотвращает загрязнение охлаждающей среды. Одним из недостатков герметичной ТВС является накопление продуктов деления внутри твэла. Некоторые из этих продуктов отравляют реакцию, что в конечном итоге приводит к снижению эффективности задолго до того, как будет израсходована значительная часть топлива. В это время реактор требует дозаправки. Разделение топлива и охлаждающей жидкости также может создать серьезные проблемы при проектировании. Например, необходимая для этого металлическая трубка не может эксплуатироваться при температурах выше ее точки плавления, которая обычно значительно ниже, чем у топливной таблетки. Это снижает максимальный теоретический тепловой КПД реактора.
В UHTREX использовались топливные элементы из экструдированного пористого углерода без оболочки, каждый из которых имел форму длинного полого цилиндра. [4] Топливные элементы были изготовлены путем вакуумной пропитки пористых углеродных цилиндров водным раствором нитрата уранила , затем их сушки на воздухе и обжига в печи, в конечном итоге образуя покрытие из оксида урана, плотно удерживаемое в пористой графитовой матрице. [4] Ожидалось, что это топливо будет существенно дешевле в производстве. [4] чем другие виды топлива того времени. Основным преимуществом этого типа топлива было то, что пористость таблетки в дополнение к достижимым высоким температурам позволяла большинству ядов, создаваемых продуктами деления, мигрировать из топлива. Затем яды будут уноситься потоком охлаждающей жидкости для последующей фильтрации и удаления. Это позволяет сжечь больший процент топлива до замены пеллет (до 50%). [4]
Недостатки
[ редактировать ]Основным недостатком пористого реакторного топлива является то, что весь контур первичного охлаждения, включая все насосы , компрессоры и теплообменники, будет сильно загрязнен продуктами деления . [4] Загрязнение, вызванное потенциальной утечкой загрязненной охлаждающей жидкости, может представлять значительную опасность для персонала и окружающей среды. Высокий уровень загрязнения не позволяет открыть корпус реактора для возможной перегрузки топлива. Поэтому реактор был спроектирован для дистанционной онлайн-дозаправки .
Технические характеристики
[ редактировать ]UHTREX имел следующие характеристики: [4]
- Топливо - высокообогащенный уран.
- Номинальная мощность - 3 МВт (тепловая)
- Основной конструкционный материал - графит.
- Модератор - графит
- Корпус реактора — сфера из углеродистой стали диаметром 13 футов 2 дюйма и толщиной 1,75 дюйма.
- Топливные каналы – 312 каналов. Каждый из них имеет внутренний диаметр 1,1 дюйма, длину 23,5 дюйма и вмещает до 4 топливных элементов.
- Топливный элемент — внешний диаметр 1 дюйм, внутренний диаметр 0,5 дюйма и длина 5,5 дюйма (25,4 x 12,7 x 139,7 мм).
- Плотность мощности ядра - 1,3 Вт/см3
- Использование топлива – до 50%.
- Охлаждающая жидкость – гелий при давлении 500 фунтов на квадратный дюйм (3,45 МПа).
- Температура охлаждающей жидкости — на входе 1600 °F, на выходе 2400 °F (871 °C и 1316 °C).
- Расход охлаждающей жидкости — 10 250 фунтов в час (1,294 кг/с).
где ID и OD — внутренний и внешний диаметр соответственно.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Годы Брэдбери из Лос-Аламосской науки, зима / весна 1983 г. ( Национальная лаборатория Лос-Аламоса ).
- ^ Годы Agnew от науки Лос-Аламоса, зима / весна 1983 г. (Научная лаборатория Лос-Аламоса).
- ^ Атом , том 11, № 51 (январь-февраль 1974 г.)
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час ОТЧЕТ ОБ ОПАСНОСТИ ЭКСПЕРИМЕНТА НА СВЕРХВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОМ РЕАКТОРЕ (UHTREX) , Лос-Аламосский научный документ № LA-2689 (1962).
- ^ Вехи в истории Лос-Аламосской национальной лаборатории , Лос-Аламосский научный документ номер 21-1993.
