Алессандро Алемберти - ТЖМТ за рубежом

AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 25.04.2022

Международная конференция FR22 по быстрым реакторам и связанным с ними топливным циклам прошла в штаб-квартире МАГАТЭ в Вене с 19 по 22 апреля 2022 года.

С докладом о текущем состоянии деятельности в рамках форума "Generation IV" по направлению быстрых реакторов с теплоносителями свинец и свинец-висмут выступил Алессандро Алемберти (Италия). Доклад был подготовлен большой группой авторов из различных стран, включая Россию.

В докладе значительное место было уделено реактору БРЕСТ-300-ОД. В статье, однако, мы затронем только зарубежные проекты, так как БРЕСТу был посвящён отдельный российский доклад, подготовленный в НИКИЭТ, его текст доступен в телеграм-канале "RealAtomInfo".

Также мы опускаем часть доклада, посвящённую европейским проектам MYRRHA и ALFRED. По ним на конференции были представлены отдельные доклады.

Япония

В Японии достаточно давно ведутся теоретические работы по возможности создания быстрого реактора с теплоносителем свинец-висмут, работающего в открытом (!!) топливном цикле, а точнее, в цикле с однократным прохождением топлива через активную зону (once-through fuel cycle).

Хорошие нейтронно-физические характеристики таких реакторов в принципе позволяют реализовать концепцию реакторов-"самоедов", преобразующих загружаемое в них сырьё в топливо и работающих на этом топливе.

В частности, концепции реакторов "Breed-and-Burns" и CANDLE изучались в Токийском технологическом институте (TIT).

Ахиллесова пята самоедов - поведение топливных элементов при сверхглубоких выгораниях и сверхвысоких повреждающих дозах, характерных для подобных реакторов. Решить эту проблему японские специалисты полагают возможным за счёт применения рафинирующей обработки расплава металлического топлива (melt-refining process).

Пояснение для этого процесса отсутствует, поэтому возьмём его из статьи H.Osato et al. Application of melt-refining process to transition state of CANDLE burning fast reactor (платная ссылка).

Как легко убедиться, в этом случае в концепции появляются элементы переработки. Японские авторы, однако, по-прежнему настаивают на том, что применение melt-refining process не означает, что для CANDLE и других концепций такого рода потребуется именно переработка (reprocessing).

Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра

Из других японских работ по ТЖМТ, отмеченных Алемберти, можно упомянуть рассмотрение варианта старта реактора-самоеда на плутониевом топливе, источником которого является ОЯТ легководных реакторов.

Теоретически было показано, что для такой стартовой загрузки возможно создать волну горения, или перемещение зоны выгорания (принципиальное отличие реакторов типа CANDLE). Таким образом, при помощи CANDLE можно решать задачу утилизации накапливаемого в атомной энергетике гражданского плутония.

Следующее важное направление японских исследований - изучение особенностей взаимодействия свинца и его сплавов с различными материалами при различных условиях. Была показана высокая коррозионная стойкость в жидких свинце и свинце-висмуте ряда фехралей (APMT от компании "Kanthal" и дисперсно-упрочнённый сплав FeCrAlZr).

Путём предварительной окислительной обработки в атмосфере воздуха при температуре 1273 K в течение 10 часов у фехралей формируется слой α-Al₂O₃, выступающий как защитный слой, улучшающий термодинамическую стабильность и химическую совместимость сплавов.

Также в Японии проводилось изучение поведения металлических и неметаллических примесей в свинцово-висмутовом теплоносителе. Выполнялись работы по поиску бетонов, наилучшим образом подходящих для работы с ТЖМТ, и ряд других исследований, включая разработку датчиков контроля химического состава тяжёлометаллического теплоносителя.

Южная Корея

В Южной Корее направлением ТЖМТ исторически занимались в университетах, но в 2019 году к работам подключился Ульсанский национальный институт науки и технологии (UNIST).

Интерес к реакторам с теплоносителями свинец и свинец-висмут в Южной Корее обуславливается двумя причинами:

• необходимость разработки новых установок для производства электроэнергии и водорода для удовлетворения потребностей экономически конкурентоспособных распределённых источников энергии и водорода как для развитых, так и для развивающихся стран, которым требуется массовая и недорогая электроэнергия с достаточным запасом на случай наихудших сценариев, охватывающих внутренние и внешние события;

• требование о разработке технологии для устойчивого производства электроэнергии с использованием энергии, получаемой при преобразовании ОЯТ.

Для достижения первой цели южнокорейское правительство финансирует международные совместные исследования и НИОКР для преобразования проекта URANUS (Ubiquitous, Rugged, Accident-forgiving, Nonproliferating, and Ultra-lasting Sustainer) в проект микрореактора "MicroURANUS", который мог бы использоваться для морских применений с 40-летним сроком службы без перегрузок.

В настоящее время ведётся разработка концептуального проекта с акцентом на разработку передовых материалов, оптимизацию конструкции активной зоны, проектирование защиты и защитной оболочки, а также на проведение экспериментов и создание на их базе бенчмарка для теплогидравлических кодов.

Были разработаны усовершенствованные сплавы для повышения коррозионной и радиационной стойкости. В лабораторных масштабах производятся алюминий-содержащие аустенитные нержавеющие стали для оценки микроструктуры и коррозионных характеристик.

Проводятся как статические, так и динамические коррозионные испытания с целью последующего отбора наилучших кандидатов для более детального изучения. Запланированы облучательные эксперименты как с нейтронами, так и с тяжёлыми ионами. Кроме того, в планах эксперименты по изучению коррозионной стойкости материалов в условиях протонного облучения.

Для достижения второй поставленной цели в Южной Корее разрабатывается проект реактора-выжигателя долгоживущих радионуклидов PEACER (Proliferation-resistant Environment-friendly Accident-tolerant Continual-energy Economical Reactor).

Работы по теме PEACER ведутся с 1996 года. В 2008 году южнокорейское профильное министерство сочло быстрые натриевые реакторы более подходящими для трансмутации.

С тех пор ТЖМТ в этой стране с точки зрения трансмутации долгоживущих нуклидов рассматриваются только в составе ADS-системы из подкритического реактора, управляемого ускорителем.

Конкретный проект носит название TORIA (Thorium Optimized Radioisotope Incineration Arena), в нём, как видно из расшифровки аббревиатуры, также используется торий. За его разработку отвечают университеты Сонгюнгван и Сеульский национальный, а также институт UNIST.

Китай

Правительство Китая поддерживает разработки технологий ТЖМТ-реакторов, начиная с 1986 года.

Наибольшую известность имеют проекты семейства CLEAR, разрабатываемые институтом технологии безопасности ядерной энергетики (INEST, входит в состав академии наук КНР) и исследовательской группой FDS.

С целью возможного коммерческого внедрения разрабатывается малый модульный реактор CLEAR-M мощностью 10 МВт(э), теплоноситель - свинец.

В Китае имеется также целый ряд разработок ТЖМТ-реакторов, предназначенных для применения в составе ADS-систем. Завершён "детальный концептуальный проект" для реактора CLEAR-I для трансмутации миноров. Предложена инновационная система CLEAR-A с внешним источником нейтронов и реактором на бегущей волне.

Был одобрен проект CiADS, реализуемый в сотрудничестве с китайскими научно-исследовательскими институтами и отраслевыми организациями. Задача CiADS - строительство подкритического экспериментального реактора с теплоносителем свинец-висмут. В настоящее время готовится предварительный технический проект.

Для экспериментальной поддержки работ по ТЖМТ-направлению в китайской академии наук был построен многофункциональный свинцово-висмутовый стенд KYLIN-II. В общей сложности, стенд отработал уже более 30 тысяч часов.

Также работают теплогидравлический стенд CLEAR-S и критсборка CLEAR-0. На стенде CLEAR-S готовится международный бенчмарк по результатам экспериментов с потерей расхода теплоносителя.

Интерес к ТЖМТ-направлению в последние годы стали проявлять и другие китайские компании и организации, включая все три основных атомных корпорации CNNC, CGN и SPIC, а также ряд университетов.

США

Работа над концепциями и технологиями реакторов с тяжёлометаллическими теплоносителями проводится в США с 1997 года.

Помимо усилий по разработке реакторных проектов велись также исследования по коррозии в свинце и совместимости материалов и проводились в ряде организаций и лабораторий теплогидравлические испытания. Естественно, проводились работы по подбору и испытаниям новых конструкционных материалов.

Интерес к ТЖМТ в США имеется, однако о каких-либо реальных крупных проектах речь пока не заходит.

По нацлабораториям докладчик выделил проект малого модульного реактора SSTAR мощностью около 20 МВт(э), разработанный в основном силами Аргоннской национальной лаборатории.

Массачусетский технологический институт занимается проектом, направленным на изучение коррозии материалов в жидком свинце под облучением. Его цель - отобрать кандидатные материалы для детального изучения.

Из отраслевых компаний Алемберти отметил "Westinghouse", где разрабатывается проект коммерческого свинцового реактора, а также деятельность компании "Hydromine, Inc." по разработке свинцового реактора LFR-AS-200 мощностью 200 МВт(э) и серии транспортабельных микрореакторов LFR-TX мощностью от 5 до 60 МВт(э).

"Следует отметить, что "Westinghouse" сотрудничает с несколькими университетами и национальными лабораториями для продолжения технологических разработок, связанных с быстрыми свинцовыми реакторами, включая экспериментальное исследование способности жидкого свинца удерживать радиоизотопы, а также усилия по использованию исследовательского реактора VTR для экспериментов, связанных с быстрыми свинцовыми реакторами", - говорится в докладе Алессандро Алемберти.

Кроме того, "Westinghouse" принимает участие во второй фазе проекта технико-экономического обоснования и разработки перспективного модульного реактора, стартовавшего при поддержке энергетического ведомства Британии.

В британской программе "Westinghouse" намерен продемонстрировать компоненты быстрого свинцового реактора, а также ускорить разработку высокотемпературных материалов, передовых производственных технологий и стратегий модульного строительства для быстрых свннцовых реакторов.

Ключевые слова: Свинец, Свинец-висмут, FR21, Статьи, Алессандро Алемберти

---

Другие новости:

Специалисты ФЭИ приняли участие в работе конференции FR22

FR22 - Олимпиада для быстрых.

Госсовет КНР одобрил строительство шести новых атомных энергоблоков на трёх площадках

"Sanmen-3/4", "Haiyang-3/4" и "Lufeng-5/6".

Выработка электроэнергии на АЭС США снижается второй год подряд - EIA

Доля сохраняется у отметки 19%.

---

---

---

---

Поиск по сайту: