ESFR - европейский быстрый натриевый

AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 13.03.2021

Один из докладов, сделанных на форуме "SNETP Forum 2021" в начале февраля 2021 года, был посвящён текущему состоянию проекта ESFR-SMART. Автор доклада - Константин Микитюк из института Пауля Шерера (Швейцария).

Проект ESFR-SMART

Докладчик кратко напомнил историю проекта. В 90-ые годы разрабатывался проект европейского быстрого натриевого реактора EFR. Затем на смену ему пришёл проект CP ESFR, а начиная с 2017 года в Евросоюзе ведётся проект ESFR-SMART.

В проекте ESFR-SMART рассматривается быстрый натриевый реактор ESFR большой мощности. Тепловая мощность - 3600 МВт(т), электрическая - 1500 МВт(э).

Масса натрия в бассейне составляет порядка 2500 тонн. Входная температура натрия первого контура 395°C, выходная - 545°C. В проекте предусмотрено шесть теплообменников, три ГЦН и 36 парогенераторов.

Название проекта расшифровывается как European Sodium Fast Reactor Safety Measures Assessment and Research Tools.

Цели проекта - выбрать и оценить инновационные меры безопасности для европейского быстрого натриевого реактора, а также разработать новые исследовательские инструменты, связанные с безопасностью такого реактора. Под последнее понятие подпадают расчётные коды, экспериментальные данные и установки.

Бюджет проекта - 5 миллионов евро от "Евратома" и порядка 5 миллионов евро из собственных средств созданного для осуществления проекта консорциума. Сроки проекта - с 1 сентября 2017 года по 31 августа 2021 года.

В проекте принимают участие многочисленные организации и компании из Франции (в том числе, CEA, EDF, "Framatome" и IRSN), Швейцарии, Германии, Британии и других стран.

Реактор ESFR

Докладчик упомянул о некоторых полученных в ходе проекта результатов. На иллюстрациях ниже показана выбранная для ESFR компоновка.

Реактор ESFR.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра

Интересные идеи были предложены для активной зоны ESFR, обладаюшей малым пустотным эффектом реактивности.

Так, предложено отказаться от применения различных обогащений для свежего топлива. Обогащение по плутонию у всех свежих ТВС будет одинаковым (примерно 18%).

Выравнивание энерговыделения по радиусу обеспечивается различной высотой топливного столба в сборках внутренней и внешней частей активной зоны (в нашем понимании это были бы ЗМО и ЗБО, но здесь эти термины не имеют смысла, так как обогащение одинаково).

В верхней части кассет располагается натриевый объём. В жидком состоянии он играет роль отражателя, при вскипании или утечки натрия этот объём освобождает для нейтронов проход к расположенному ещё выше по кассете поглотителю.

Основные элементы кассет ESFR.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра

Картограмма активной зоны полностью симметрична (perfectly symmetric). Сборки стоят в зоне по шесть кампаний, по одному году каждая.

Внутренняя часть активной зоны состоит из 216 кассет (отличаются коротким топливным столбом и увеличенным нижним бланкетом). Внешняя часть - из 288 кассет (наоборот, топливный столб удлинён, нижний бланкет сокращён).

Между кассетами отражателя и биологической защиты предусмотрены два ряда, играюшие роль внутреннего хранилища отработавших ТВС. В эти два ряда возможно переставить половину ТВС активной зоны.

Активная зона ESFR.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра

Удерживать стержни аварийной защиты в верхнем положении предлагается при помощи электромагнитных приводов (принцип их действия объяснён на иллюстрации ниже).

Сброс стержней возможен в двух случаях - если в удерживающей катушке пропадает ток и если температура теплоносителя возрастёт выше точки Кюри сплава никель-кобальт-железо (на иллюстрации ниже показан красным цветом).

Соответственно, это произойдёт либо по прохождению сигнала на сброс АЗ, либо автоматически при возникновении ненормальных условий в активной зоне.

Электромагнитные привода стержней АЗ.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра

Ещё одно интересное решение, предложенное для ESFR - наличие проходов (каналов) для сброса кориума. На картограмме активной зоны каналы показаны белыми шестиугольниками.

Наличие каналов сброса кориума должно предотвратить случаи повторной критичности при тяжёлых авариях с расплавлением топлива, организовать слив кориума в ловушку расплава, а также обеспечить эффективный отвод остаточного энерговыделения.

Работа каналов сброса кориума показана на иллюстрации ниже.

Роль каналов сброса кориума.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра

Докладчик остановился также на некоторых изменениях в проекте, касающихся безопасности реакторной установки.

Ниже показаны системы отвода остаточного энерговыделения DHRS-1 и DHRS-2.

Система DHRS-1 соединена с промежуточными теплообменниками и использует натрий второго контура как рабочее тело (для перекачки применяются пассивные тепловые насосы).

Система DHRS-2 использует воздушное охлаждение, для чего задействуются проходки в корпусах парогенераторов.

DHRS-1 и DHRS-2.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра

Из проекта были удалены купол реактора и страховочный корпус (safety vessel). Расстояние между корпусом реактора и внутренней стенкой шахты реактора было минимизировано, однако осталось достаточным для проведения осмотра и инспекций (на иллюстрации ниже показано синим цветом).

Для ESFR предложены две независимые системы охлаждения бетона шахты реактора - масляная и водная. Они играют роль третьей системы отвода остаточного энерговыделения (DHRS-3).

Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра

Экспериментальные и расчётные работы

В заключительной части выступления докладчик кратко остановился на экспериментальных и расчётных исследованиях, проводимых в рамках проекта ESFR-SMART.

Исследования ведутся по четырём направлениям:

• нормальные условия эксплуатации;

• кипение натрия;

• управление тяжёлыми авариями;

• ликвидация последствий тяжёлых аварий.

По направлению нормальной эксплуатации докладчик отметил следующее:

• открытые данные, полученные ранее в ходе пусковых испытаний на реакторе "Superphenix" (Франция), используются для валидации комплексных расчётных кодов (нейтроника и теплогидравлика);

• в технологическом институте Карлсруэ сооружается новый натриевый стенд KASOLA; экспериментальные данные по теплогидравлике, которые будут получены на стенде, будут использоваться для валидации CFD-кодов;

• в научно-исследовательском центре "Helmholtz-Zentrum Dresden Rossendorf" (Германия) разрабатывается вихретоковая измерительная система ECFM для измерений расходов натрия на выходе из кассет.

По направлению кипения натрия докладчик отметил следующее:

• экспериментальные данные по кипению натрия, ранее полученные на стенде KNS-37 (Карлсруэ, Германия), используются для валидации расчётных кодов для динамических теплогидравлических расчётов процессов кипения натрия;

• в технологическом институте Карлсруэ разрабатывается новый компактный стенд KARIFA с лазерным нагревом; на стенде будут проводиться эксперименты с двухфазными потоками натрия, полученные данные будут использоваться для валидации расчётных кодов;

• в институте Пауля Шерера (Швейцария) построен новый пароводяной стенд для изучения процесса неустойчивого кипения, известного как chugging boiling (см. иллюстрацию ниже); он рассматривается как первый шаг на пути к изучению процессов конденсации паров натрия и получения данных, необходимых для валидации расчётных кодов.

Chugging boiling

По направлению управления тяжёлыми авариями докладчик отметил следующее:

• для валидации расчётных кодов, применяемых при анализе тяжёлых аварий, используются данные из прошлых экспериментов с расплавленным топливом в Кадараше (Франция) на реакторах CABRI и SCARABEE;

• в технологическом институте Карлсруэ разрабатывается новый стенд LIVE для изучения процессов взаимодействия имитатора кориума с материалами ловушки расплава;

• в технологическом институте Карлсруэ разрабатывается новый стенд JIMEC для изучения процессов взаимодействия имитатора кориума с бетоном;

• в университете Лотарингии (Франция) спроектированы два новых стенда HAnSOLO и JEDI для изучения процессов взаимодействия струи кориума с ловушкой расплава (струя кориума моделируется с помощью воды и льда).

По направлению ликвидации последствий тяжёлых аварий докладчик отметил следующее:

• для валидации расчётных кодов будут использоваться данные прошлых экспериментов в Карлсруэ на стендах FAUST и NALA по скорости испарения горячего натрия, выходу и поведению аэрозолей в атмосфере натриевых паров;

• для валидации расчётных кодов будут использоваться данные прошлых экспериментов в Кадараше (Франция) по кинетике выбросов аэрозолей при горении в натриевых бассейнах.

Ключевые слова: Быстрые натриевые реакторы, Европа, Статьи

---

Другие новости:

Заключительные испытания энергоблока №6 на Ленинградской АЭС завершились успешно

Началось оформление документации для ввода в промышленную эксплуатацию.

Установленная мощность атомной энергетики Китая к 2025 году достигнет 70 ГВт - доклад

Сейчас атомный парк Китая - 47,507 ГВт(э) нетто.

Завершены работы по выгрузке топлива из бассейна выдержки блока №3 АЭС "Фукусима Дайичи"

Топливо осталось в бассейнах блоков №№1/2.

---

---

---

---

Поиск по сайту: