Реактор Дракона
| Реактор Дракона | |
|---|---|
 Модель реактора Дракон в разрезе | |
| Операционная организация | Управление по атомной энергии Соединенного Королевства |
| Расположение | Уинфрит , Дорсет , Англия |
| Координаты | 50 ° 41'02 "N 2 ° 16'10" W / 50,6840 ° N 2,2694 ° W |
| Тип | Высокотемпературный газовый реактор |
| Первая критичность | 1965 |
| Дата выключения | 1976 |
Дракон — экспериментальный высокотемпературный реактор с газовым охлаждением в Уинфрите в Дорсете , Англия, управляемый Управлением по атомной энергии Соединенного Королевства (UKAEA). Его целью было испытание топлива и материалов для программы европейских высокотемпературных реакторов, в рамках которой изучалось использование триструктурно-изотропного (TRISO) топлива и охлаждения газа для будущих конструкций высокоэффективных реакторов. Проект был построен и управлялся как международный проект Организации экономического сотрудничества и развития / Агентства по атомной энергии . Всего в его проектировании и эксплуатации за время существования проекта принимали участие 13 стран.
Первоначально задуманный как небольшой исследовательский реактор, на этапе проектирования он увеличился в размерах. Выбор гелиевого теплоносителя был сделан после долгих дебатов в UKAEA между сторонниками гелия и углекислого газа , в конечном итоге выбор пал на гелий. Закладка фундамента произошла в 1960 году. Он действовал с 1965 по 1976 год. [1] и обычно считается чрезвычайно успешным. [2]
За строительством Дракона последовали аналогичные работы в США, что в конечном итоге привело к созданию гораздо более крупной атомной электростанции Форт-Сен-Врен . У него был ряд проблем из-за коррозии, и заказчик разочаровался в конструкции. Контракты на аналогичные модели в США, которые подписывались, были расторгнуты, и хотя у Dragon не было ни одной из этих проблем, никаких заказов в Европе также не последовало. К этому времени рынок в значительной степени стандартизировал реактор с водой под давлением (PWR) для крупного строительства, которое происходило в 1970-х и 80-х годах, и было принято решение закрыть Dragon.
По состоянию на 2023 год [update], Дракон выводится из эксплуатации.
Концепция
[ редактировать ]В 1950-е годы концепция триструктурно-изотропного топлива (TRISO) стала областью значительного интереса. В этой концепции ядерное топливо заключено в керамический материал, способный выдерживать чрезвычайно высокие температуры. Это гарантирует, что топливо останется инкапсулированным, даже если сам реактор окажется под угрозой. Это также позволяет реактору работать при более высоких температурах, что приводит к более высокому КПД. [3]
Хотя сборка TRISO обеспечивает топливо, реактору также требуется замедлитель нейтронов и охлаждающая жидкость для отвода тепла и извлечения его энергии. Именно здесь конструкции реакторов TRISO могут существенно отличаться. В случае с Dragon топливо производилось в виде небольших сферических таблеток, а затем прессовалось в более крупные блоки, содержащие графитовый замедлитель, сформированный в длинные шестиугольные стержни. Полученные блоки затем были помещены в фиксированные места в реакторе. Это известно как «призматическая» конструкция. В то время как реактор Дракона исследовал призматическую конструкцию, Западная Германия разработала альтернативную концепцию, известную как реактор с галечным слоем , в котором топливные элементы перемещаются вокруг реактора. [4]
Выбор охлаждающего газа для конструкции вызвал большие споры в британском истеблишменте. CA Rennie предпочитал использовать гелий, поскольку он уменьшал проблемы с коррозией и имел дополнительное преимущество, заключающееся в очень низком ядерном поперечном сечении , что улучшало экономию нейтронов и означало, что газ со временем не станет очень радиоактивным. В то время гелий в необходимых количествах можно было получить только из США, которые отнесли его к стратегическим материалам и тщательно контролировали его международные продажи. Компания Risley Nuclear Laboratories, разрабатывающая (AGR), охлаждаемый диоксидом углерода (CO2) усовершенствованный реактор с газовым охлаждением , утверждала, что поставки будут серьезной проблемой, в то время как CO2, несмотря на любые технические недостатки, был легко доступен. Команда OEEC, курирующая проект, признала, что проблема с гелием «ставит под сомнение целесообразность его использования в обширной энергетической программе». [5]
К середине 1960-х годов опасения по поводу доступности гелия в значительной степени утихли, и в 1967 году его считали не проблемой. К этому времени основной задачей было создание системы охлаждения, которая была бы достаточно герметичной, чтобы удерживать газ, и при этом была бы достаточно недорогой в изготовлении. UKAEA, в частности, уже приступило к реализации программы AGR и отметило проблемы с коррозией, вызванной CO2, и выразило обеспокоенность тем, что гелий может быть не таким инертным, как предполагали сторонники. [5]
Конструкция TRISO никогда не получила широкой коммерциализации. Немецкие конструкции страдали от ряда проблем, и, хотя Dragon успешно работал в течение многих лет, снижение интереса к альтернативным конструкциям привело к его закрытию без создания более крупного коммерческого варианта. По состоянию на 2019 год [update]Эти концепции были использованы в нескольких дальнейших исследовательских реакторах, включая Peach Bottom , AVR , HTTR и HTR-10 , а также в небольших коммерческих реакторах Fort St. Vrain и THTR-300 . HTR -PM в Китае находится в стадии строительства, и по состоянию на декабрь 2021 года один блок в заливе Шидао будет подключен к сети. [4]
Реактор
[ редактировать ]Учреждение атомной энергии в Уинфрите было построено для строительства и эксплуатации экспериментальных и исследовательских ядерных реакторов. Дракон использовал газообразный гелий в качестве теплоносителя и графит в качестве замедлителя нейтронов . Топливо было сформировано в крошечные сферические гранулы, а затем покрыто керамикой. Затем их смешали с графитом и спрессовали вместе, чтобы сформировать блоки различных форм и размеров. Критичность возможна только тогда, когда блоки размещены вместе в определенных конфигурациях внутри отражателя нейтронов , что позволяет удерживать дополнительное топливо в готовой зоне и загружать его на лету. Гелий использовался из-за его низкого ядерного сечения , что привело к более высокой экономии нейтронов , а также из-за его химической инертности, позволяющей ему работать при более высоких температурах, не опасаясь эрозии материалов реактора. Более высокие температуры также обеспечивают более эффективную работу паровой турбины и делают ее более подходящей для прямого использования в качестве технологического тепла . В случае отключения электроэнергии естественная конвекция гелия обеспечивала аварийное охлаждение. [6] Топливо, используемое в реакторе, представляло собой частицы с покрытием, состоящие из микрогранул делящегося материала (например, U235), окруженных керамическим внешним слоем. [7] Первоначально большая часть топлива представляла собой высокообогащенный уран (около 93% урана-235 ), хотя позже стало использоваться топливо более низкого обогащения (около 20%). [8] [9] Реактор напоминал огромную бутылку: большая часть внизу содержала активное топливо внутри отражателя, а меньшая часть сверху содержала дополнительные топливные элементы для перезарядки. [10]
Вывод из эксплуатации
[ редактировать ]Площадка в Уинфрите простиралась на 129,4 гектара (320 акров) пустоши в сельской местности на юге Дорсета, и там было расположено девять различных экспериментальных реакторов. [6]
Из девяти реакторов остались только реактор «Дракон» и парогенерирующий тяжеловодный реактор , которые находятся в процессе вывода из эксплуатации. Во время вывода из эксплуатации корпуса реакторов будут помещены в безопасные хранилища реакторов, другие конструкции будут демонтированы и складированы, любые оставшиеся отходы будут отправлены в выделенные места хранения, а грунт будет при необходимости вывезен в подходящее хранилище низкоактивных отходов . Наконец, объект будет рассекречен как объект, имеющий лицензию на ядерную деятельность, будет благоустроен и возвращен к нормальному использованию. [6] Контракт на вывод объекта из эксплуатации был заключен с компанией Costain Nuclear , а заключительный этап вывода из эксплуатации отложен на двадцать лет. [10]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ М. С. Баренц (2000). «Вывод из эксплуатации технологического центра Уинфрита – целенаправленное восстановление окружающей среды». Конференция WM'00, 27 февраля – 2 марта 2000 г., Тусон, Аризона .
- ^ Шоу 1983 , с. 2.
- ^ «Трисо-топливо из частиц» . Сверхбезопасное ядерное оружие .
- ^ Перейти обратно: а б «Демонстрация HTR-PM, подключенная к сети: Новая ядерная энергия - World Nuclear News» . www.world-nuclear-news.org . Проверено 25 июля 2022 г.
- ^ Перейти обратно: а б Шоу 1983 .
- ^ Перейти обратно: а б с «Уинфрит» . Магнокс . Проверено 24 августа 2016 г.
- ^ Саймон, Райнер (7 августа 2005 г.). «Первичная схема эксперимента с высокотемпературным реактором Дракона» (PDF) . 18-я Международная конференция по структурной механике в реакторной технике. СМИРТ18-С05-2. Архивировано из оригинала (PDF) 26 июля 2011 года.
- ^ Саймон, РА; Кэпп, П.Д. (2002). Опыт эксплуатации эксперимента с высокотемпературным реактором DRAGON (PDF) (Отчет). МАГАТЭ. ИНИС-ХА--524 . Проверено 7 июня 2021 г.
- ^ «Отходы топлива Dragon на заводе по инкапсуляции магнокса в Селлафилде» . Управление по выводу из эксплуатации ядерных объектов. 25 октября 2013 года . Проверено 7 июня 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б «ДРАКОН Уинфрита теряет огонь» . Архивировано из оригинала 4 июня 2011 года . Проверено 24 августа 2016 г.
Библиография
[ редактировать ]- Саймон, Райнер (август 2005 г.). Первичная схема эксперимента с высокотемпературным реактором «Дракон» (PDF) . 18-я Международная конференция по структурной механике в реакторной технике. Пекин.
- Шоу, EN (1983). Европейский эксперимент по ядерной энергетике: история проекта ОЭСР «Дракон» . Пергамон.