Стабильный солевой реактор

Вырез активной зоны стабильного солевого реактора

Реактор со стабильной солью (SSR) — это конструкция ядерного реактора, разрабатываемая Moltex Energy Canada Inc. ^{[ 1 ]} и ее дочерняя компания Moltex Energy USA LLC, базирующаяся в Канаде , США и Великобритании , а также MoltexFLEX Ltd. , базирующаяся в Великобритании.

Проект SSR, разрабатываемый Moltex Energy Canada Inc., представляет собой реактор со стабильной солью - сжигатель отходов (SSR-W) , который включает в себя элементы реактора с расплавленной солью и направлен на улучшение характеристик безопасности ( искробезопасность ) и экономики ( LCOE 45 долларов США). /МВтч долларов США или меньше ) по сравнению с традиционными легководными реакторами .

ССР, защищенные надежными патентами, разрабатываются таким образом, чтобы им не требовались дорогостоящие защитные конструкции и компоненты для уменьшения радиоактивных выбросов в случае аварий. Конструкция предотвратит широко распространенное радиологическое загрязнение, которое произошло во время на Чернобыльской АЭС или аварий на Фукусиме , поскольку любые опасные изотопы, которые в противном случае могли бы попасть в воздух, были бы химически связаны с теплоносителем. ^{[ 2 ]} Кроме того, модульная конструкция позволит производить компоненты на заводе и доставлять их на площадку стандартным автомобильным транспортом, что позволит сократить затраты и сроки строительства.

Конструкция топлива представляет собой гибрид тепловыделяющих сборок легководного реактора и традиционных подходов к реакторам на расплавах солей, в которых топливо смешивается с теплоносителем. Жидкосолевая топливная смесь содержится в топливных сборках, которые очень похожи на современные технологии легководных реакторов. Затем топливные сборки погружают в бассейн с жидкосолевым теплоносителем.

Moltex Energy Canada Inc. планирует развернуть SSR-W и связанный с ним завод по переработке отходов в Нью-Брансуике, Канада, в партнерстве с NB Power. ^{[ 3 ]} Компания пользуется поддержкой и финансированием со стороны канадского федерального правительства. ^{[ 4 ]} правительство Нью-Брансуика, ^{[ 5 ]} NB Power , Производство электроэнергии Онтарио , ^{[ 6 ]} АРПА-Э , ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]} дом я ^{[ 9 ]} СНС Лавалин . ^{[ 10 ]}

Технология

Основной единицей активной зоны реактора является ТВС. В ССР-З каждая сборка содержит около 300 топливных трубок диаметром 10 мм, заполненных на высоту 1,8 м топливной солью. В верхней части трубок имеются газоотводные отверстия в виде «водолазного колокола», позволяющие выходить газам деления. Сборки загружаются в активную зону вертикально, при этом свежие сборки поступают через воздушный шлюз и вводятся в активную зону через заправочную машину.

Топливо и материалы

Топливо в ССР на две трети состоит из хлорида натрия (поваренной соли) и на одну треть из смешанных трихлоридов лантаноидов / актинидов . Топливо для первых реакторов планируется получать из конвертированного отработавшего ядерного топлива существующих обычных реакторов. В Великобритании топливо может быть получено из запасов гражданского диоксида плутония от PUREX, разбавленного и преобразованного в примеси хлорида, добавленные, чтобы уменьшить любые опасения по поводу распространения.

Трихлориды более термодинамически стабильны, чем соответствующие фторидные соли, и поэтому их можно поддерживать в сильно восстановительном состоянии при контакте с жертвенным металлическим цирконием ядерного качества, добавленным в качестве покрытия или вставки внутри топливной трубки SSR-W. В результате, используя этот запатентованный подход, топливная трубка может быть изготовлена из стандартной сертифицированной ядерной стали без риска коррозии. Поскольку реактор работает в быстром спектре, трубки будут подвергаться очень сильному потоку нейтронов и, следовательно, будут страдать от высокого уровня радиационного повреждения, оцениваемого в 100–200 сна в год в течение всего срока службы трубки. Поэтому для изготовления труб будет использоваться сталь PE16 с высокой устойчивостью к нейтронным повреждениям. Другие стали, устойчивые к быстрым нейтронам (например, T9, NF616 и 15-15Ti), также могут использоваться в зависимости от возможностей местной цепочки поставок.

Средняя удельная мощность в топливной соли ССР-В составляет 150 кВт/л, что обеспечивает большой температурный запас ниже точки кипения соли. ^{[ 11 ]}

Охлаждающие жидкости

Соль-хладагент в баке реактора SSR-W представляет собой соль-хладагент на основе хлорида. Охлаждающая жидкость также содержит агент, снижающий ее окислительно-восстановительный потенциал , что делает ее практически некоррозионной по отношению к стандартным типам стали. Поэтому бак реактора, опорные конструкции и теплообменники могут быть изготовлены из стандартной нержавеющей стали 316L .

Солевой теплоноситель циркулирует по активной зоне реактора с помощью трех насосов, прикрепленных к теплообменникам в каждом модуле. Скорость потока небольшая (около 1 м/с), что приводит к низкой потребности в мощности насоса. Резервная инженерия позволит продолжить работу в случае отказа насоса.

Безопасность

ТТР разработаны с учетом характеристик искробезопасности, которые являются первой линией защиты. Для поддержания реактора в безопасном и стабильном состоянии не требуется ни оператора, ни активной системы. Ниже приведены основные функции искробезопасности SSR.

Контроль реактивности

Поскольку SSR является саморегулирующимся, механическое управление не требуется. Это стало возможным благодаря сочетанию высокого отрицательного температурного коэффициента реактивности и возможности непрерывного отбора тепла из топливных трубок. По мере отвода тепла из системы температура падает, вызывая повышение реактивности. И наоборот, когда реактор нагревается, реактивность падает. Это обеспечивает защиту от всех сценариев превышения мощности, таких как авария при включении реактивной мощности. Для SSR-W разнообразная и избыточная безопасность также обеспечивается набором регулирующих стержней из карбида бора с гравитационным приводом. ^{[ 12 ]}

Нелетучий радиоактивный материал

Использование расплавленного солевого топлива с соответствующим химическим составом исключает опасные летучие йод и цезий, что делает ненужной многослойную защитную оболочку для предотвращения распространения по воздуху радиоактивных шлейфов в сценариях тяжелых аварий. В случае SSR-W благородные газы ксенон и криптон покинут активную зону реактора при нормальной работе, но останутся в ловушке до тех пор, пока не распадутся их радиоактивные изотопы, поэтому в случае аварии их будет очень мало. ^{[ 2 ]}

Нет высокого давления

В реакторе с водяным охлаждением высокое внутреннее давление является движущей силой рассеивания радиоактивных материалов в случае аварии. Напротив, расплавленное солевое топливо и охлаждающие жидкости имеют температуру кипения, намного превышающую рабочую температуру SSR. Итак, его ядро работает при атмосферном давлении. Физическое отделение парогенерирующей системы от радиоактивной активной зоны с помощью вторичного контура теплоносителя исключает высокое давление внутри реактора. Высокого давления внутри топливных трубок также можно избежать за счет отвода газов ядерного деления в окружающую соль охлаждающей жидкости.

Низкая химическая активность

Цирконий в реакторах с водой под давлением и натрий в быстрых реакторах создают потенциальную опасность серьезных взрывов и пожаров. В ССР не используются химически активные материалы.

Удаление тепла распада

Сразу после остановки ядерного реактора почти 7% его предыдущей рабочей мощности продолжает вырабатываться за счет распада продуктов деления с коротким периодом полураспада . В обычных реакторах пассивное удаление этого остаточного тепла затруднено из-за низких температур реакторов. ТТР работает при гораздо более высоких температурах; таким образом, это тепло может быть быстро передано от ядра. В случае остановки реактора и выхода из строя всех активных систем отвода тепла в ССР остаточное тепло из активной зоны будет рассеиваться в каналах воздушного охлаждения по периметру резервуара, которые работают постоянно. Это известно как система аварийного отвода тепла. Основной механизм теплопередачи – радиационный. Теплопередача существенно возрастает с увеличением температуры; таким образом, оно незначительно при рабочих температурах, но достаточно в условиях аварии при более высоких температурах. Во время этого процесса компоненты реактора не повреждаются, и после этого установку можно перезапустить.

Потребление ядерных отходов

Большинство стран, использующих атомную энергетику, планируют хранить отработавшее ядерное топливо глубоко под землей до тех пор, пока его радиоактивность не снизится до уровня, аналогичного уровню природного урана. Поскольку ССР-З потребляет ядерные отходы, страны могли бы использовать их для сокращения объема отходов, попадающих в долгосрочное хранилище.

Работая в быстром спектре, SSR-W эффективен при преобразовании долгоживущих актинидов в более стабильные изотопы. Сегодняшние реакторы, работающие на переработанном отработавшем топливе, нуждаются в плутонии очень высокой чистоты для формирования стабильной таблетки. Топливо SSR-W может иметь любой уровень загрязнения лантанидами и актинидами, при условии, что он все еще может достичь критического уровня. Такой низкий уровень чистоты значительно упрощает метод переработки существующих отходов.

Хорошо зарекомендовавший себя метод переработки основан на пирообработке . По оценкам отчета Канадских ядерных лабораторий за 2016 год о переработке топлива CANDU, пирообработка будет стоить примерно вдвое дешевле, чем более традиционная переработка. Пирообработка SSR-W использует только треть этапов традиционной пирообработки, что делает ее еще дешевле. Оно потенциально конкурентоспособно по стоимости производства свежего топлива из добытого урана.

Отходы ССР-З будут иметь форму твердой соли в трубах. Его можно остекловать и хранить под землей более 100 000 лет, как планируется сегодня, или переработать. В этом случае продукты деления будут отделяться и безопасно храниться на уровне земли в течение нескольких сотен лет, необходимых для их распада до уровня радиоактивности, аналогичного уровню радиоактивности урановой руды. Неприятные долгоживущие актиниды и оставшееся топливо вернутся обратно в реактор, где их можно будет сжечь и превратить в более стабильные изотопы.

Другие конструкции стабильных солевых реакторов

Технология реакторов на стабильной соли очень гибка и может быть адаптирована к нескольким различным конструкциям реакторов. Использование расплавленного солевого топлива в стандартных топливных сборках позволяет создавать стабильные солевые версии многих из большого разнообразия ядерных реакторов, которые рассматриваются для разработки во всем мире. Однако сегодня в центре внимания отрасли является обеспечение быстрой разработки и внедрения недорогих реакторов.

Другая разработка, разрабатываемая компанией MoltexFLEX Ltd., — это реактор FLEX , ТТР теплового спектра, работающий на низкообогащенном уране (около 6%). Реактор FLEX может больше подойти странам, не имеющим ядерного флота и не беспокоящимся об отходах. Он замедляется графитом в составе тепловыделяющей сборки и обладает значительными возможностями пиковой установки.

Moltex Energy Canada Inc., Moltex Energy USA LLC и MoltexFLEX Ltd. также разработали концепцию SSR-версии с размножением тория (SSR-Th) . Этот реактор будет содержать торий в соли-теплоносителе, который может порождать новое топливо. Торий — богатый источник топлива, который может обеспечить энергетическую безопасность странам, не имеющим собственных запасов урана.

Благодаря такому диапазону вариантов реакторов и огромным мировым запасам урана и тория, ССР могут служить топливом для планеты в течение нескольких тысяч лет.

Экономика

Капитальные затраты на SSR-W были оценены независимой британской ядерной инженерной фирмой в 1950 долларов США за кВт. ^{[ 13 ]} Для сравнения, капитальные затраты на современную пылеугольную электростанцию в США составляют 3250 долларов США/кВт, а стоимость крупномасштабной атомной электростанции — 5500 долларов США/кВт. ^{[ 14 ]} Ожидается дальнейшее снижение этой стоимости при модульном строительстве на базе заводов.

Эти низкие капитальные затраты приводят к тому, что приведенная стоимость электроэнергии (LCOE) составляет 44,64 доллара США за МВтч с существенным потенциалом дальнейшего снижения из-за большей простоты и внутренней безопасности SSR. ^{[ 15 ]}

Учитывая докоммерческий характер технологии, цифры капитальных затрат и LCOE являются приблизительными и могут увеличиваться или уменьшаться по мере завершения процессов разработки и лицензирования.

Международное энергетическое агентство прогнозирует, что ядерная энергетика будет продолжать играть небольшую роль в глобальном энергоснабжении с рыночными возможностями в 219 ГВт до 2040 года. рынок мощностью более 1300 ГВт к 2040 году.

Разработка

Фундаментальный патент на использование безнакачиваемого расплавленного солевого топлива был выдан компании Moltex Energy Ltd в 2014 году. ^{[ 16 ]} и с тех пор были поданы и выданы дополнительные патенты, связанные с реализацией.

SSR-W завершил этап 1 проверки конструкции поставщика. ^{[ 17 ]} рассмотрение с Канадской комиссией по ядерной безопасности . Оба США ^{[ 18 ]}^{[ 19 ]} и канадский ^{[ 20 ]}^{[ 21 ]} правительства поддерживают развитие элементов технологии РСБ.

Moltex Energy Canada Inc. планирует построить к началу 2030-х годов демонстрационную SSR-W на площадке атомной электростанции Point Lepreau в Канаде в соответствии с соглашением, подписанным с NB Power. ^{[ 22 ]}

Признание

Помимо отмеченного выше выбора для поддержки развития со стороны правительств США и Канады, SSR был определен как ведущая технология SMR согласно анализу Tractebel 2020 года. ^{[ 23 ]} а SSR-W был выбран в качестве одного из двух кандидатов SMR для дальнейшего продвижения NB Power из 90 кандидатов. ^{[ 24 ]} Он также был выбран в рамках конкурса усовершенствованного модульного реактора Фазы 1, проводимого правительством Великобритании, но не был выбран для финансирования Фазы 2. ^{[ 25 ]}

Ссылки

^ «Молтекс Энерджи» . Молтекс Энерджи . Проверено 17 ноября 2022 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Газообразные продукты деления в реакторе со стабильной солью» (PDF) . Moltex Energy Ltd. Архивировано из оригинала (PDF) 19 июня 2016 г. Проверено 25 января 2017 г.
^ "Дом" . Малые модульные реакторы в Нью-Брансуике . Проверено 17 ноября 2022 г.
^ Инновации, наука и экономическое развитие Канады (18 марта 2021 г.). «Правительство Канады инвестирует в исследования и технологии для создания рабочих мест и производства энергии, не вызывающей выбросов» . www.canada.ca . Проверено 3 февраля 2023 г.
^ Правительство Нью-Брансуика, Канада (29 марта 2022 г.). «Провинции публикуют стратегический план по малым модульным реакторам» . www2.gnb.ca. Проверено 17 ноября 2022 г.
^ «ОПГ сотрудничает с Молтекс» .
^ «COST SSR (Композитные конструктивные технологии для SSR)» .
^ «SSR ПРИМЕНЯЕТСЯ – Автоматизированные электростанции: интеллектуальные, эффективные и цифровые» .
^ «Moltex Energy получает многомиллионное финансирование от ведущей мировой консалтинговой фирмы IDOM» . Молтекс Энерджи . 03.04.2019 . Проверено 17 ноября 2022 г.
^ «SNC-Lavalin объявляет о стратегическом партнерстве с Moltex по разработке малого модульного реактора, что позволит расширить ядерную энергетику в Канаде» . www.snclavalin.com . Проверено 17 ноября 2022 г.
^ Бушнаг, Мазен. «Нейтронное исследование характеристик безопасности реактора со стабильной солью быстрого спектра (SSR)» (PDF) . Протоколы виртуального осеннего собрания Корейского ядерного общества .
^ «Введение в портфель энергетических технологий Moltex» (PDF) . Молтекс Энерджи . Проверено 15 октября 2019 г.
^ Брукинг, Джон (1 января 2015 г.). «Обзор проекта и исследования опасных зон стабильного солевого реактора» . Международное агентство по атомной энергии .
^ «Moltex Energy рассматривает лицензирование SMR в Великобритании и Канаде как трамплин в Азию» . Инсайдер ядерной энергетики . 28 июня 2016 г. Проверено 25 января 2017 г.
^ «Moltex Energy рассматривает лицензирование SMR в Великобритании и Канаде как трамплин в Азию» . События Рейтер . Проверено 17 ноября 2022 г.
^ «Патент GB2508537A» (PDF) . Patentimages.storage.googleapis.com .
^ «Обзор конструкции поставщика перед лицензированием» . 3 февраля 2014 г.
^ «СТОИМОСТЬ ССР (КОМПОЗИТНЫЕ СТРУКТУРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ССР)» .
^ «Аргонн изучает, как цифровые двойники могут преобразовать ядерную энергетику с помощью 8 миллионов долларов от программы ARPA-E GEMINA» .
^ «Партнер CNL и Moltex Energy по исследованию топлива для SMR» .
^ «Правительство Канады инвестирует в Moltex» .
^ Брайан Ван (19 июля 2018 г.). «Реактор на расплавленной соли Moltex строится в Нью-Брансуике, Канада» . NextBigFuture.com .
^ «Сравнительная оценка технологий SMR» (PDF) . 28 января 2020 г.
^ «IDOM инвестирует в Moltex Energy» .
^ «Проект технико-экономического обоснования и разработки перспективного модульного реактора (AMR)» .

Внешние ссылки

СМИ, связанные с реактором со стабильной солью, на Викискладе?

Введение в технологию стабильного солевого реактора , видео на YouTube
Модульные стабильные соляные реакторы – более простой способ использования топлива из расплавленной соли – Ян Скотт Moltex Energy

[1] «Молтекс Энерджи» . Молтекс Энерджи . Проверено 17 ноября 2022 г.

[:1-2] Jump up to: ^а ^б «Газообразные продукты деления в реакторе со стабильной солью» (PDF) . Moltex Energy Ltd. Архивировано из оригинала (PDF) 19 июня 2016 г. Проверено 25 января 2017 г.

[3] "Дом" . Малые модульные реакторы в Нью-Брансуике . Проверено 17 ноября 2022 г.

[4] Инновации, наука и экономическое развитие Канады (18 марта 2021 г.). «Правительство Канады инвестирует в исследования и технологии для создания рабочих мест и производства энергии, не вызывающей выбросов» . www.canada.ca . Проверено 3 февраля 2023 г.

[5] Правительство Нью-Брансуика, Канада (29 марта 2022 г.). «Провинции публикуют стратегический план по малым модульным реакторам» . www2.gnb.ca. Проверено 17 ноября 2022 г.

[6] «ОПГ сотрудничает с Молтекс» .

[7] «COST SSR (Композитные конструктивные технологии для SSR)» .

[8] «SSR ПРИМЕНЯЕТСЯ – Автоматизированные электростанции: интеллектуальные, эффективные и цифровые» .

[9] «Moltex Energy получает многомиллионное финансирование от ведущей мировой консалтинговой фирмы IDOM» . Молтекс Энерджи . 03.04.2019 . Проверено 17 ноября 2022 г.

[10] «SNC-Lavalin объявляет о стратегическом партнерстве с Moltex по разработке малого модульного реактора, что позволит расширить ядерную энергетику в Канаде» . www.snclavalin.com . Проверено 17 ноября 2022 г.

[11] Бушнаг, Мазен. «Нейтронное исследование характеристик безопасности реактора со стабильной солью быстрого спектра (SSR)» (PDF) . Протоколы виртуального осеннего собрания Корейского ядерного общества .

[:0-12] «Введение в портфель энергетических технологий Moltex» (PDF) . Молтекс Энерджи . Проверено 15 октября 2019 г.

[13] Брукинг, Джон (1 января 2015 г.). «Обзор проекта и исследования опасных зон стабильного солевого реактора» . Международное агентство по атомной энергии .

[14] «Moltex Energy рассматривает лицензирование SMR в Великобритании и Канаде как трамплин в Азию» . Инсайдер ядерной энергетики . 28 июня 2016 г. Проверено 25 января 2017 г.

[15] «Moltex Energy рассматривает лицензирование SMR в Великобритании и Канаде как трамплин в Азию» . События Рейтер . Проверено 17 ноября 2022 г.

[16] «Патент GB2508537A» (PDF) . Patentimages.storage.googleapis.com .

[17] «Обзор конструкции поставщика перед лицензированием» . 3 февраля 2014 г.

[18] «СТОИМОСТЬ ССР (КОМПОЗИТНЫЕ СТРУКТУРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ССР)» .

[19] «Аргонн изучает, как цифровые двойники могут преобразовать ядерную энергетику с помощью 8 миллионов долларов от программы ARPA-E GEMINA» .

[20] «Партнер CNL и Moltex Energy по исследованию топлива для SMR» .

[21] «Правительство Канады инвестирует в Moltex» .

[Wang-2018-22] Брайан Ван (19 июля 2018 г.). «Реактор на расплавленной соли Moltex строится в Нью-Брансуике, Канада» . NextBigFuture.com .

[23] «Сравнительная оценка технологий SMR» (PDF) . 28 января 2020 г.

[24] «IDOM инвестирует в Moltex Energy» .

[25] «Проект технико-экономического обоснования и разработки перспективного модульного реактора (AMR)» .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]

[ 24 ]

[ 25 ]