Твэл "навыворот", или быстрый натрий без натрия Опции

[Татарин]

Была тема "АЭС на резинке", нужно бы туда, но не нашёл...

Идея очень проста: берём ТВЭЛ, внутри которого - тепловая гравитационная натриевая труба. Ну, налит внутрь натрий+калий, при нагреве сплав кипит, пар летит наверх в хвостовик, хвостовик вставлен в нормальный телообменник второго контура (с тем же натрием). Дальше - парогенератор и всё такое, совершенно обычное.

Смысл?
1. Выносим из зоны бОльшую часть (до 90%) теплоносителя с малой массой - получаем лучший КВ, сравнимый со свинцом и даже лучше. Но на отработанном натрии.
2. Выносим за скобки бОльшую часть проблем при сложных и тяжёлых авариях - ну НЕТ в системе много радиоактивного натрия, и даже тот, что есть, - и тот разложен по индивидуальным "коробочкам", разгерметизировать нужно каждую.
3. Улучшаем теплообмен в первом контуре (теплообмен со сменой фазы, причём внутри ТВЭЛа поверхность теплообмена с топливом можно сделать куда более развитой, чем снаружи).
4. ТВЭЛ работает пару лет максимум, частично решаем вопросы коррозии при работе на более высоких температурах внутри реактора.
5. Решаем проблемы с обслуживанием. В нормальном состоянии радиоактивный натрий - в топливе (куда и так не сунуться), а больше - нигде. Совсем нигде. Всё за пределами реактора - абсолютно чистое, как слеза ребёнка.

Сообщение отредактировал AtomInfo.Ru - 28.10.2017, 22:13

Причина редактирования: Переименовал тему. - Модератор

[AtomInfo.Ru]

Была тема "АЭС на резинке", нужно бы туда, но не нашёл...

http://forum.atominfo.ru/index.php?showtopic=588

[AtomInfo.Ru]

Если без кипения (т.е. просто поместить трубку с жидким теплоносителем внутрь уранового твэла квадратной (?) формы), то первый вопрос будет об объёмных долях топлива и теплоносителя.

Если же добавить кипение... По кипению натрия явно не всё понятно, т.к. разговоры о новых нировских экспериментах с его кипением идут постоянно.

[Татарин]

Если без кипения (т.е. просто поместить трубку с жидким теплоносителем внутрь уранового твэла квадратной (?) формы), то первый вопрос будет об объёмных долях топлива и теплоносителя.

Если же добавить кипение... По кипению натрия явно не всё понятно, т.к. разговоры о новых нировских экспериментах с его кипением идут постоянно.

Без кипения - никакого смысла: не удастся сократить объём натрия в зоне.
Смысл именно в кипении. 4МДж/кг, против 1.5кДж/кг*К обычной теплоёмкости. Переместить 1кг натрия при испарении против почти 100кг в жидком виде с перепадом 30С.
В 100 раз - это много.

Плюс 100% ЕЦ в первом контуре (убираем расход на насос(ы) в первом контуре - +3-5% к нетто-КПД "топливо-розетка".

Но главное - совершенно иной уровень безопасности.

[Pakman]

Котлы с кипящим натрием. Средневековье какое-то

[AtomInfo.Ru]

Посмотрим на пальцах эффекты для нейтроники.

Т.к. на пальцах, то я сделал простейшую ячейку - два вложенных цилиндра, в первой зоне уран-235, во второй натрий.
Потом поменял местами уран и натрий с сохранением отношения площадей.

CODE

Data Cell
  Zones=2
  Isotopes=2
  Rad=0.4,0.6
  Names=U235, Na
  Tem=300,300
  Den=0.02,0, 0,0.04
EndData

Real S1,S2,w
S1=Pi*DC.R[1]*DC.R[1]
S2=Pi*DC.R[2]*DC.R[2]-S1
w=S2/S1
put s1,s2,w
Drop S1,S2,w

Solve
Put Kinf

Data Cell
  Zones=2
  Isotopes=2
  Rad=0.4,0.5367
  Names=U235,Na
  Tem=300,300
  Den=0, 0.04, 0.02,0
EndData

Real S1,S2,w
S1=Pi*DC.R[1]*DC.R[1]
S2=Pi*DC.R[2]*DC.R[2]-S1
w=S1/S2
put s1,s2,w
Drop S1,S2,w

Solve
Put Kinf

Stop

Имеем:

CODE

... 3.61  Code System
Çàïóñê ¹849       28.10.2017 21:49:57
It's a rare person who wants to hear what he doesn't want to hear.

S1=0.5026548 S2=0.6283185 W=1.2500000
KINF=2.1400274
S1=0.5026548 S2=0.4022712 W=1.2495423
KINF=2.1386542
Çàäàíèå çàâåðøåíî.

Иными словами, от перемены мест слагаемых в данном модельном примере физика не пострадала, коэффициент размножения остался примерно таким же.

Теперь во втором случае вскипятим натрий (уменьшим его концентрацию в 10 раз).
Имеем:

CODE

... 3.61  Code System
Çàïóñê ¹849       28.10.2017 21:53:42
Children have more needs of models than of critics.

S1=0.5026548 S2=0.6283185 W=1.2500000
KINF=2.1400274
S1=0.5026548 S2=0.4022712 W=1.2495423
KINF=2.2237446
Çàäàíèå çàâåðøåíî.

То есть, имеем прыжок в реактивности больше чем на десятку долларов.
Соотв., мне в моём модельном примере придётся потребовать очень чётко выдерживать общую картину кипения по высоте, иначе не могу гарантировать возникновения локальных пережогов, а то и более серьёзных неприятностей.
И это сразу создаёт большую проблему.

[AtomInfo.Ru]

Вообще, чтобы я посоветовал сначала сделать - порыться в американских патентах в интернете.
В США патентовались "на всякий случай" многие вещи, которые обсуждались в отрасли даже на уровне общего трёпа.
Теперь это всё или почти всё доступно в интернете.
Если найдётся какой-либо аналог, можно посмотреть на него и от него оттолкнуться в обсуждении.

[Pakman]

Может название темы сделать менее кричащим, а то корпорацея ещё обидится.

[AtomInfo.Ru]

Может название темы сделать менее кричащим, а то корпорацея ещё обидится.

На обиженных воду возят. И вообще, надо было думать, как назваться, прежде чем называться.

Но ладно, переименовал (было "ТВЭЛ", стало "твэл"), чтобы не сбивать посетителей с толку.

[AtomInfo.Ru]

Теперь от высокой науки к вещам прозаическим.

Допустим, твэл-навыворот круглый (трубка с натрием внутри, пространство внутри второй кольцевой зоны заполнено топливом).
Сразу встаёт вопрос - а что, какой материал будет между твэлами?
Натрий (или его сплав)? Нет, потому что теряется одно из заявленных преимуществ (натрий в зоне упакован в трубки внутри твэлов).

Тогда, допустим, твэл-навыворот квадратный.
Это проще, хотя вопрос о заполнении межтвэльного пространства остаётся, пусть и не в такой острой форме - технологические зазоры между твэлами лучше иметь. Пусть в зазорах будет инертный газ (о-о-о, какая сложная будет газовая система в таком реакторе!).

Но возникает следующий вопрос.
Мы должны иметь две оболочки - внутреннюю, отделяющую топливо (и осколки деления!) от натрия, и внешнюю, формирующую твэл геометрически (в конце концов, чтобы не тереть ураном об уран при заталкивании с усилием твэлов с их допусками по геометрии в активную зону).
Но для нейтроники это грозит увеличением доли конструкционных материалов (поглотителей и замедлителей!) в активной зоне с ростом паразитного захвата нейтронов и некоторым смягчением спектра нейтронов.

[Татарин]

То есть, имеем прыжок в реактивности больше чем на десятку долларов.
Соотв., мне в моём модельном примере придётся потребовать очень чётко выдерживать общую картину кипения по высоте, иначе не могу гарантировать возникновения локальных пережогов, а то и более серьёзных неприятностей.
И это сразу создаёт большую проблему.

Одинаковое количество натрия по высоте гарантировать нельзя - и это беда по нейтронике, наверное.

Но вот с теплом как раз всё на 100% однозначно и без вариантов вообще: давление по ТВЭЛу одинаковое, значит, натрий кипит при одной и той же температуре по всему ТВЭЛу. До тех пор, пока топливо вообще хоть как-то смачивается натрием, вне зависимости от энерговыделения температура равна температуре его кипения, ни на полградуса ниже, ни на полградуса выше. А с повышением местной температуры повышается давление опять по всему ТВЭЛу и ухудшается теплоотвод в других частях ТВЭЛ в пользу отвода от конкретного участка.

Не записать ли это 6-м пунктом?

___
По американским патентам искать сложно - для этого нужна очень серьёзная мотивация и деньги (гугл тут помошник слабый, нужны коммерческие базы с классификатором). Короче, нужна вера в личный коммерческий выхлоп с такого поиска, которой, ессно, нет никакой.

[Татарин]

Теперь от высокой науки к вещам прозаическим.

Допустим, твэл-навыворот круглый (трубка с натрием внутри, пространство внутри второй кольцевой зоны заполнено топливом).
Сразу встаёт вопрос - а что, какой материал будет между твэлами?
Натрий (или его сплав)? Нет, потому что теряется одно из заявленных преимуществ (натрий в зоне упакован в трубки внутри твэлов).

Тогда, допустим, твэл-навыворот квадратный.
Это проще, хотя вопрос о заполнении межтвэльного пространства остаётся, пусть и не в такой острой форме - технологические зазоры между твэлами лучше иметь. Пусть в зазорах будет инертный газ (о-о-о, какая сложная будет газовая система в таком реакторе!).

Но возникает следующий вопрос.
Мы должны иметь две оболочки - внутреннюю, отделяющую топливо (и осколки деления!) от натрия, и внешнюю, формирующую твэл геометрически (в конце концов, чтобы не тереть ураном об уран при заталкивании с усилием твэлов с их допусками по геометрии в активную зону).
Но для нейтроники это грозит увеличением доли конструкционных материалов (поглотителей и замедлителей!) в активной зоне с ростом паразитного захвата нейтронов и некоторым смягчением спектра нейтронов.

Нет, идея была такая, что мы сохраняем одну оболочку (круглую) - внешнюю, она же и держит давление. Внутри неё - керамическое топливо (возможно, с тонким покрытием) купается в натрии. Внутренний натрий заведомо грязный, как и все нутрёшки ТВЭЛа, но зато имеет доступ к большой поверхности топлива (в противовес поверхности ТВЭЛа в традиционном варианте).

А снаружи ТВЭЛов, в корпусе реактора у нас нейтральный газ - гелий, скажем. Или азот.

Да, с одной стороны жадность как бы говорит нам - смотрите: у вас там пустота в АЗ быстрого реактора, не дураки ли вы? С другой - по "классике" у нас там вообще натрий, и он занимает бОльшее пространство. В классике гидродинамика не позволяет трамбовать ТВЭЛы кучно, с мелкими щелями между ними, нам же нужно гнать натрий через АЗ очень много и быстро, иначе пережжём. А в инверсном варианте, когда натрий внутри и кипит, в сечении получается плотная упаковка кругов на плоскости.
Поэтому на жабу можно положить болт: да, пустот не так мало, как хотелось бы, но зато - их меньше, чем было, и теперь это именно пустоты, а не лёгкий натрий, который замедляет и жрёт нейтроны.

Количественно же плотность газа (в штуках ядер на куб) отличается от плотности натрия на 3 порядка.

...

Кстати говоря: центральное отверстие под распухание топлива и выход ГПД в такой схеме функционально - по нему идёт пар вверх, жидкость вниз. Как следствие, мы сокращаем ещё больше бесполезного пространства в АЗ и получаем выгоду в плотности зоны даже бОльшую, чем от перехода с оксидов на нитриды или даже на чистый металл. Со всеми вытекающими для нейтроники, опять же.

...

Я понял, как это называется. Это канальный натриевый быстрый реактор. С 100% герметичными и автономными каналами, которые заменяются вместе с топливом.

Сообщение отредактировал Татарин - 28.10.2017, 23:11

[Татарин]

Котлы с кипящим натрием. Средневековье какое-то

Котлы с радиоактивным кипящим натрием. Модернизация. 20-й век.

[AtomInfo.Ru]

Внутри неё - керамическое топливо (возможно, с тонким покрытием) купается в натрии. Внутренний натрий заведомо грязный

Минус один барьер.
Фактически, это называется "прямой контакт".
Осколки идут в натрий бодрыми колоннами.
Парогенератор/теплообменник будет ухрюкан в зюзю
Все трубы 1к вне активной высоты топлива также будут сильно грязными.

P.S. Идея стравливать осколки из твэла в натрий была в своё время и для обычного БН, но, как писал в научных мемуарах Казачковский, в конечном итоге побоялись так поступать.

[AtomInfo.Ru]

Кроме того, взаимодействие "топливо-сплав натрия (жидкий или кипящий" может быть нетривиальным.
Не унесёт ли всё топливо в итоге куда-нибудь в какое-нибудь колено первого контура?

Всё-таки, от внутренней оболочки никуда не деться, КМК.

[Syndroma]

Сама мысль о кристаллизации топлива в трубках теплообменника внушает ужас.

[AtomInfo.Ru]

Одинаковое количество натрия по высоте гарантировать нельзя - и это беда по нейтронике, наверное.

Одинаковое и не должно быть в этом случае.
Кипение ведь предполагается непосредственно в пределах активной высоты твэла?
Иначе, если кипятить натрий до входа в топливный участок, то пропадает весь смысл.

Другое дело, что, установив некое распределение содержания паров натрия по высоте (а для нейтроники это можно с некоторой точностью сымитировать просто распределением плотности натрия по высоте), нам придётся прилагать много усилий для того, чтобы это распределение во время работы не сильно сдвигалось в любую сторону.
И отдельно проработать вопросы транзиентов (изменение мощности, пуск и т.д.).
В этом случае мы будем упираться в возможности цирк.оборудования первого контура (неважно, что именно будет использоваться, какие насосы и т.д.), точнее, возможностей стабильной его работы без отклонений.

[AtomInfo.Ru]

С точки зрения нейтроники, появление кипения натрия или его сплавов в активной зоне неприятно тем, что натрий как относительно лёгкий элемент с ненулевым поглощением оказывает на исходный спектр нейтронов (спектр нейтронов деления) влияние, которым невозможно пренебречь.
Соотв., удаление/появление натрия в каких-то объёмах активной зоны будет заметно влиять на нейтронно-физические параметры.
В конце концов, есть же НПЭР.

А вот нейтральный теплоноситель, с точки зрения нейтроники (сейчас говорим только о ней!), можно кипятить без проблем.

Такого теплоносителя, естественно, нет.
Ближе всего к нему стоит, наверно, свинец (особенно если выбрать конкретные его изотопы).
Захват мал, упругое рассеяние мало из-за большого атомного веса.
Но и он оказывает на спектр нейтронов влияние - реакция неупругого рассеяния (та самая реакция, из-за которой в куске урана-238 цепная реакция не возникает).

[AtomInfo.Ru]

Сама мысль о кристаллизации топлива в трубках теплообменника внушает ужас.

Застревает же уран (в т.ч. обогащённый) в узлах и т.п. технологических линий разделительных производств.
Это называется "холдап".
И в общем-то ничего, пока все живы

Нет, в теплообменнике вряд ли приключится нечто ужасное.
Но он просто будет жутко грязный.

[AtomInfo.Ru]

А снаружи ТВЭЛов, в корпусе реактора у нас нейтральный газ - гелий, скажем. Или азот.

Его прокачивать придётся всенепременно, ибо будет греться. А также собирать в себя осколки-газы, выходящие через внешнюю оболочку (через дефекты в ней).

То есть, в дополнение к обычному первому контуру у нас появляется "второй первый" контур со своим оборудованием.

[LAV48]

Сама идея работы на фазовом переходе - это хорошо, но ещё лучше "осциллирующий термосифон", это когда с паром переносится и теплоноситель, т.е. пар ещё и теплоноситель движет.

P.S. Прямой контакт топлива с кипящим натриевым теплоносителем - точно бред, тогда уж сразу онлайн репроцессинг в твеле организовывать

[LAV48]

Его прокачивать придётся всенепременно, ибо будет греться. А также собирать в себя осколки-газы, выходящие через внешнюю оболочку (через дефекты в ней).

То есть, в дополнение к обычному первому контуру у нас появляется "второй первый" контур со своим оборудованием.

Второй первый контур должен быть водородным и, желательно, тритиевым

[anarxi]

Ерунда все это.
Тему переименовать
"Зачем думать, что деды и бабки были глупей".

Зачем усложнять?
Сотню твелов сложней обслуживать.
Зачем нужен натриевый реактор большой металлический круглый?
Понятно, что предыдущие рбмк- следствие военных технологий и импотеции промышленности-, но сейчас то зачем?

Сообщение отредактировал anarxi - 29.10.2017, 15:22

[Netlog]

А как дела с материалами, работающими в кипящем натрии?
Мысль сделать кипящий первый контур заманчива, и, если чуть дальше подумать, то кипящий первый контур с естественной циркуляцией...
Но противоречие - много жидкого натрия - малая реактивность - малое энерговыделение, мало натрия - повышенное энерговыделение навевает нехорошие мысли.

[Татарин]

Минус один барьер.
Фактически, это называется "прямой контакт".
Осколки идут в натрий бодрыми колоннами.
Парогенератор/теплообменник будет ухрюкан в зюзю
Все трубы 1к вне активной высоты топлива также будут сильно грязными.

P.S. Идея стравливать осколки из твэла в натрий была в своё время и для обычного БН, но, как писал в научных мемуарах Казачковский, в конечном итоге побоялись так поступать.

Наверное, я неясно объяснил идею. ТВЭЛ - автономен и полностью герметичен. Каждый ТВЭЛ содержит топливо (запредельно грязное само по себе), только теперь - ещё и натрий, который выносит с изменением фазы тепло из активной зоны в хвостовик ТВЭЛа. С хвостовика-теплообменника и снимается тепло вторым контуром.
"Все трубы 1к" сводятся к ТВЭЛу (который и без того так светится, что можно лампочки выключать).

Да, убирается один барьер. Но натрий первого контура сидит только внутри и без того грязного ТВЭЛа. Просто раньше он был радиоактивен только из-за активации нейтронами, а сейчас - ещё и загрязнён ПД. Но вот натрий второго контура уже - вне реактора, и до тех пор, пока хвостовик ТВЭЛа герметичен, этот натрий чист. То есть, раньше у нас теплоносителю приходилось забираться туда, где летают нейтроны и становиться грязным, а потом вылезать по трубам первого контура с насосом в "чистый мир". Теперь у нас грязный теплоноситель (он в любом случае грязный, и тепрь он просто грязнее) сидит только в ТВЭЛе.

Ну а парогенератор - так тот и вовсе стоИт уже за чистым натрием второго контура.

...

В принципе, можно барьер и не убирать, а добавить - топливные таблетки покрывать герметичным металлом, а можно и внутреннюю трубу. Да, это добавляет материал в АЗ. Но этот материал с бОльшей массой, чем у натрия, и оболочек таблеток нужно меньше, чем теплоносителя. Тогда приходим (в смысле количества барьеров и количества грязи вне таблеток) к той же самой ситуации, что и сейчас.

Натрий 1к тогда активен только из-за активации нейтронами и производственного брака - разгерметизации. И менее активен, чем сейчас: в нём копятся ПД не за всё время эксплуатации реактора, а только за время эксплуатации ТВЭЛа. И производственный брак загадит лишь натрий в одном ТВЭЛе, после чего остаётся ещё один независимый барьер.

То есть, смотрите: сейчас, чтобы загадить второй контур, нужен брак любого ТВЭЛа из сотен + брак любой из трубок теплобменника 1к/2к.
В мире с "вывернутыми" ТВЭЛами нужно, чтобы именно этот ТВЭЛ с разгерметизацией барьера в АЗ имел бы брак ещё и хвостовика, где идёт теплобмен с 2к.
То есть,
- вероятность грязи в количество-ТВЭЛов раз меньше, чем по "классике";
- испорченый, текущий теплообменник меняется штатно в процессе смены топлива как рутинная процедура. Без привлечения ремонтного персонала и шаманов с дозиметрами, камлающих над дозовой нагрузкой.

Что, наверное, тоже хорошо.

[Татарин]

А как дела с материалами, работающими в кипящем натрии?
Мысль сделать кипящий первый контур заманчива, и, если чуть дальше подумать, то кипящий первый контур с естественной циркуляцией...
Но противоречие - много жидкого натрия - малая реактивность - малое энерговыделение, мало натрия - повышенное энерговыделение навевает нехорошие мысли.

С материалами всё лучше, чем в любом альтернативном варианте: они работают лишь срок службы ТВЭЛа. Им не нужны сверхвысокие с.н.а. (на срок службы реактора), что облегчает их поиск и обоснование. И можно много списывать под внутреннюю коррозию в натрии - скажем, заранее соглашаться, что коррозия в 0.3мм в год (к примеру) нам приемлима. Не сотни с.н.а., а единицы. Что уже совсем иной расклад.

Для незаменяемых материалов самого реактора нам нужны в десятки раз (рызы = срок службы реактора/срок службы ТВЭЛа) бОльшие и с.н.а., и в десятки раз больше устойчивость к коррозии.

___

По положительной обратной связи - есть такое, да, нехорошо. С маневрами будут проблемы, и вообще выше уже сказано про влияние натрия на реактивность - таки гадко выходит.

Возможно, чтобы было хорошо, нужна ртуть: она тяжелее, меньше задерживает нейтроны, легче кипит, а проблемы с коррозией решать тупо и в лоб - количеством материала. Он сменный.

[Татарин]

Сама идея работы на фазовом переходе - это хорошо, но ещё лучше "осциллирующий термосифон", это когда с паром переносится и теплоноситель, т.е. пар ещё и теплоноситель движет.

А зачем?
Разница по удельной (на килограмм) теплоёмкости в сотни раз. Допустим, кило пара может поднять ещё сколько-то кило жидкости - разве это даст принципиальный выигрыш?

Но главное - не перенос, а теплообмен на поверхностях. Испарение/конденсация очень эффективны в использовании площади. Под чисто кондуктивный перенос нужны поверхности гораздо больше + всякие замороки с турбулизацией поверхностного слоя и т.п..

[anarxi]

Наверное, я неясно объяснил идею. ТВЭЛ - автономен и полностью герметичен. Каждый ТВЭЛ содержит топливо (запредельно грязное само по себе), только теперь - ещё и натрий, который выносит с изменением фазы тепло из активной зоны в хвостовик ТВЭЛа. С хвостовика-теплообменника и снимается тепло вторым контуром.
"Все трубы 1к" сводятся к ТВЭЛу (который и без того так светится, что можно лампочки выключать).

Да, убирается один барьер. Но натрий первого контура сидит только внутри и без того грязного ТВЭЛа. Просто раньше он был радиоактивен только из-за активации нейтронами, а сейчас - ещё и загрязнён ПД. Но вот натрий второго контура уже - вне реактора, и до тех пор, пока хвостовик ТВЭЛа герметичен, этот натрий чист. То есть, раньше у нас теплоносителю приходилось забираться туда, где летают нейтроны и становиться грязным, а потом вылезать по трубам первого контура с насосом в "чистый мир". Теперь у нас грязный теплоноситель (он в любом случае грязный, и тепрь он просто грязнее) сидит только в ТВЭЛе.

Ну а парогенератор - так тот и вовсе стоИт уже за чистым натрием второго контура.

...

В принципе, можно барьер и не убирать, а добавить - топливные таблетки покрывать герметичным металлом, а можно и внутреннюю трубу. Да, это добавляет материал в АЗ. Но этот материал с бОльшей массой, чем у натрия, и оболочек таблеток нужно меньше, чем теплоносителя. Тогда приходим (в смысле количества барьеров и количества грязи вне таблеток) к той же самой ситуации, что и сейчас.

Натрий 1к тогда активен только из-за активации нейтронами и производственного брака - разгерметизации. И менее активен, чем сейчас: в нём копятся ПД не за всё время эксплуатации реактора, а только за время эксплуатации ТВЭЛа. И производственный брак загадит лишь натрий в одном ТВЭЛе, после чего остаётся ещё один независимый барьер.

То есть, смотрите: сейчас, чтобы загадить второй контур, нужен брак любого ТВЭЛа из сотен + брак любой из трубок теплобменника 1к/2к.
В мире с "вывернутыми" ТВЭЛами нужно, чтобы именно этот ТВЭЛ с разгерметизацией барьера в АЗ имел бы брак ещё и хвостовика, где идёт теплобмен с 2к.
То есть,
- вероятность грязи в количество-ТВЭЛов раз меньше, чем по "классике";
- испорченый, текущий теплообменник меняется штатно в процессе смены топлива как рутинная процедура. Без привлечения ремонтного персонала и шаманов с дозиметрами, камлающих над дозовой нагрузкой.

Что, наверное, тоже хорошо.

Угу.
Одиночный твел или даже твс-имеют пользу только, как источник тепловой энергии.
Остаточное тепло от беушного.
+ хренова туча разной радиоактивности: альфа бета гамма.
Сам по себе твел.и сборка не заработают.
Разве не так?

[AtomInfo.Ru]

"Зачем думать, что деды и бабки были глупей".

Развитие технологий идёт не по прямой, а по спирали.

Посмотрели вариант => нашли перспективным => но прямо сейчас есть блокирующие сложности или есть более практичный и быстрей реализуемый вариант => отложили наш вариант до следующей итерации.

Хороший пример - торий. Уж сколько раз к нему возвращаются, подступаются, да никак подступиться не могут.
Хотя, в конце концов, торий когда-нибудь в промышленных масштабах в энергетику втянут.

P.S. Собственно, в том числе и поэтому, из-за спирали, всегда есть смысл для любой идеи в нашей отрасли, кажущейся новой, сначала поискать аналоги в прошлых предложениях.
Вполне возможно, что идею уже выдвигали ранее и отложили потому-то и потому-то.

[LAV48]

А зачем?

Смысл в том, что граммы пара, перемещают десятки грамм теплоносителя, перенося заметно больше тепла от источника к потребителю, особенно это заметно с учётом ограниченности поперечного сечения трубопровода. Да и собственно, снижение дельты "горячий-холодный концы" - это рост КПД, не говоря уже о безопасности.

[jk18]

Наверное, я неясно объяснил идею. ТВЭЛ - автономен и полностью герметичен.

Представляю бассейн выдержки, заполненный этими натрий-ядерными бомбами с неизвестным состоянием внешних оболочек

[AtomInfo.Ru]

Представляю бассейн выдержки, заполненный этими натрий-ядерными бомбами с неизвестным состоянием внешних оболочек

Твэл-навыворот не герметичен, в том смысле, что натрий через него прокачивается (и по дороге ещё и закипает внутри твэла). То есть, вход-выход какой-то у него есть.
Поэтому в бассейне "реакторного" натрия в нём не будет.

[AtomInfo.Ru]

А вот внутренняя оболочка всё-таки нужна.
Чёрт с ним, с реактором, но не хватало ещё, чтобы в бассейне топливо, побывавшее в контакте с горячим натрием и его парами, начало тихо осыпаться.

[AtomInfo.Ru]

По американским патентам искать сложно - для этого нужна очень серьёзная мотивация и деньги (гугл тут помошник слабый, нужны коммерческие базы с классификатором).

Настолько глубоко-то не надо копать. Чай, не корову покупаем

С твэлами-навыворот пока ничего не нашёл.

А вот на канальный БН есть, оказывается, отечественный патент.
http://www.findpatent.ru/patent/208/2088981.html

Правда, там нет кипения и твэлы не навыворот. Но конструкция канальная.
Можно, например, для начала по ней проехаться, обсудить.
А потом добавлять к ней по очереди кипение и "вывернутый" твэл.

[Syndroma]

Твэл-навыворот не герметичен, в том смысле, что натрий через него прокачивается (и по дороге ещё и закипает внутри твэла). То есть, вход-выход какой-то у него есть.

Насколько я понял Татарина, его идея как раз заключается в том, что ТВЭЛ герметичен. Мы просто снимаем тепло с его верхнего концевика, а внутри всё совершенно пассивно и самодостаточно. Натрий кипит, конденсируется сверху, стекает обратно вниз. Никакого расхода, никаких насосов.

[jk18]

Насколько я понял Татарина, его идея как раз заключается в том, что ТВЭЛ герметичен. Мы просто снимаем тепло с его верхнего концевика, а внутри всё совершенно пассивно и самодостаточно. Натрий кипит, конденсируется сверху, стекает обратно вниз. Никакого расхода, никаких насосов.

Вот я так же понял. А если он просто течет, так он и сейчас течет. Напорная камера, ГЦН. И всё работает!

[AtomInfo.Ru]

О! Тогда уважаемый автор, объясните, пожалуйста - натрий прокачивается через каналы или он неизменным объёмом сидит внутри канала и за его пределы не выходит?
А то я, похоже, запутался.

[AtomInfo.Ru]

А если он просто течет, так он и сейчас течет.

Да, но как именно?
Насколько я понимаю идею Татарина (правда, как выясняется, может я её не так понял), натрий проходит сквозь активную зону внутри топливных стержней. Канальный концепт, но не совсем обычный.
И к этому добавляется ещё и возникновение кипения натрия в активной зоне.

[Syndroma]

ТВЭЛ - автономен и полностью герметичен.
"Все трубы 1к" сводятся к ТВЭЛу
Теперь у нас грязный теплоноситель сидит только в ТВЭЛе.

[AtomInfo.Ru]

А, вот как! Это, значит, я не обратил внимания, потому как ориентировался на начальные условия темы:

пар летит наверх в хвостовик, хвостовик вставлен в нормальный телообменник второго контура (с тем же натрием).

Тут всё-таки первый контур есть, хоть и укороченный.

[AtomInfo.Ru]

Ну это сильно инновационно.
1) канальный реактор
2) кипение в активной зоне
3) теплоноситель внутри твэла
4) каждый канал (твэл) есть маленький первый контур

Предлагаю всё-таки прибегнуть к анализу (и только потом к синтезу).
Для начала, например, высказаться за или против канальной компоновки БН - опираясь, например, на вариант из патента по ссылке выше по ветке.

[AtomInfo.Ru]

Вообще, у меня крепнет подозрение, что Первая АЭС после первой её кампании могла быть переделана на вариант, близкий к описанному (исходный вариант Первой АЭС был с проблемами и стоял вопрос о возможной переделке станции - в том числе, на натриевый теплоноситель; а с учётом тогдашнего интереса к ядерному перегреву...).
Только, небось, даже в архивах подробностей не сохранилось - вряд ли натриевый вариант Первой АЭС был серьёзно проработан, скорее, он был выдвинут просто как идея, набросок на промокашке.

[Syndroma]

Идея в том, что первый контур пассивный и полностью заменяемый при перегрузке топлива. Что в теории должно дать выигрыш по конструкционным материалам.
Кроме того, между ГЦН и топливом возникает ещё один барьер.

Другое дело, что нейтронные эффекты, вызываемые кипением натрия, противоположны тому, что нужно для хорошего управления реактором.

[Netlog]

Никакое "навыворот" не нужно, оболочки ТВЭЛов должны иметь минимальные толщину-объём.
Сборка - герметична или по крайней мере герметизируема, компенсаторы давления ещё не хватало в неё встраивать. Сборка содержит с завода натрий и у неё то ли родной, с завода теплообменник, то ли он герметично (!) пристыковывается на манер РБМК. Сборка - это фактически и есть первый контур. Хотелось бы все сборки иметь одинаковые, для возможности перестановок, но теплообменники довольно габаритны.
Перестановка сборок на мощности невозможна.

[Татарин]

Никакое "навыворот" не нужно, оболочки ТВЭЛов должны иметь минимальные толщину-объём.
Сборка - герметична или по крайней мере герметизируема, компенсаторы давления ещё не хватало в неё встраивать. Сборка содержит с завода натрий и у неё то ли родной, с завода теплообменник, то ли он герметично (!) пристыковывается на манер РБМК. Сборка - это фактически и есть первый контур. Хотелось бы все сборки иметь одинаковые, для возможности перестановок, но теплообменники довольно габаритны.
Перестановка сборок на мощности невозможна.

Теплообменники не "габаритны". Посмотрите на это с такой стороны: ТВС в реакторе и есть теплообменник, через её поверхность прокачивается всё тепло. Только "по классике" это происходит внутри реактора, поэтому теплоноситель так или иначе радиоактивный. А тут мы поверхности теплообмена с помощью "внутреннего теплоносителя" ТВЭЛа вынесли из реактора наружу - в теплообменник. Откуда там возьмутся бОльшие габариты-то? Тем более, что вне реактора мы можем позволить себе иметь на хвостовике ТВЭЛа более развитую поверхность, чем внутри реактора на ТВЭЛе: вне реактора у нас нет ограничения ни на плотность упаковки зоны, ни на количество конструкционных материалов.

Перестановки на мощности возможны и желательны.

Они в РБМК были хороши, а в быстром реакторе с интенсивной наработкой делящихся материалов на периферии - сам бог велел. Так мы можем выжигать топливо лучше всего, поддерживать оптимальный запас реактивности зоны за счёт наработки нового топлива, ну и получать максимальный КИУМ.

[Татарин]

Идея в том, что первый контур пассивный и полностью заменяемый при перегрузке топлива. Что в теории должно дать выигрыш по конструкционным материалам.
Кроме того, между ГЦН и топливом возникает ещё один барьер.

Другое дело, что нейтронные эффекты, вызываемые кипением натрия, противоположны тому, что нужно для хорошего управления реактором.

Да.
Да, с нейтронами получается нехорошо.

[Татарин]

О! Тогда уважаемый автор, объясните, пожалуйста - натрий прокачивается через каналы или он неизменным объёмом сидит внутри канала и за его пределы не выходит?
А то я, похоже, запутался.

Да, идея в том, что натрий сидит в канале-тепловой трубке герметично и качает себя сам - кипением.
Все гадости, которые в нём накопятся, должны в нём и остаться, замена ТВЭЛа - замена теплоносителя. Любой дефект негерметичности "топливо-натрий" или теплообменника на хвостовике лечатся заменой ТВЭЛа.
Никакая авария не может привести к массивному выделению радиоактивного натрия - потому что он распихан по индивидуальным микро-контурам (это помимо того, что натрия первого контура на 1-2 порядка меньше в зоне и на 2-3 порядка меньше в реакторе в целом, пути радиоактивного натрия ограничены нутрёшками ТВЭЛа).

Идея в том, что все долговременно работающие конструкции - вне корпуса реактора с его нейтронами и наоборот: там где нейтроны - минимум долговременных конструкций. Снижаем требования к материалам - растём в параметрах.
Уменьшить количество активного и запихнуть активное по максимуму в реактор.
Свести к нулю активное оборудование, имеющее дело с грязным материалом и/или нейтронами.

...
Интегральная компоновка на стероидах.

Сообщение отредактировал Татарин - 31.10.2017, 12:11

[Syndroma]

Перестановки на мощности возможны и желательны.

Как-то нужно уметь вынимать ТВЭЛ не отключая теплообменник.

[Татарин]

Как-то нужно уметь вынимать ТВЭЛ не отключая теплообменник.

А вот теплообменник и можно сделать отдельно (поТВСно) отключаемым каналом.

[Syndroma]

Если отключить теплообменник, то разве весь натрий сразу не вскипит в ТВЭЛе?

[Netlog]

Если отключить теплообменник, то разве весь натрий сразу не вскипит в ТВЭЛе?

ну там же сверху перегруз-машина, которая заливает холодным натрием сборку...
Да не. ересь с перегрузкой на мощности, нет смысла городить огород, если сборки негерметичны.

[Татарин]

Если отключить теплообменник, то разве весь натрий сразу не вскипит в ТВЭЛе?

Нет, я имею в виду, что хвостовики ТВС включаются в канал - так же, как сейчас ставится/вынимается в канал/из канала сборка ТВС в РБМК.
Разница только в том, что у РБМК вся ТВС в канале с теплоносителем, а тут только "хвост".

[alex_bykov]

Татарин, ИМХО, конечно, но идея не рабочая. Для имеющихся диаметров твэла (а сильно большим его делать вредно по теплофизике) диаметр канала будет слишком мал, чтобы по нему организовалась конвекция теплоносителя - негде спускаться даже при большим градиенте температур "подъём" есть, а гравитационного спуска нет. А городить помимо дополнительной теплообменной части у твэла ещё и насосик, это слишком.

[Syndroma]

По трубкам в нижнюю часть твэла из конденсационной камеры?

[alex_bykov]

По трубкам в нижнюю часть твэла из конденсационной камеры?

Вы представляете себе этот твэл? Мало того, что это звиздец с точки зрения технологий (трубка, гибы, места сварки), так ещё и нокаут нейтронке.

[Syndroma]

Зачем гибы? Вот, например:



Круглое — трубки второго контура.

С нейтроникой и так всё плохо, поэтому её можно не учитывать.

[ВОВИЩЕ]

Круглое — трубки второго контура.

У Вас твэл 0,5 м в диаметре или трубки второго контура с волосок?

[Syndroma]

Твэл размером с ТВС.
Нарисовано в Пэинте за 30 секунд, некоторые детали могут быть неточны.
Кругляшами я просто обозначил трубную доску конденсатора.

[alex_bykov]

Зачем гибы? Вот, например:



Круглое — трубки второго контура.

С нейтроникой и так всё плохо, поэтому её можно не учитывать.

Не, положительно пойти и застрелиться от буйства технической мысли. Вы не программист, случайно? А то у меня коллеги иногда такие решения выдают :0)

[Syndroma]

Больше конкретики в критике пожалуйста!

[Syndroma]

Для удешевления твэла можно пойти на прямой контакт теплоносителя и топлива. В таком случае распухание нам не страшно, можно заполнить твэл шариками металлического плутония, или вообще металлической стружкой. Пускай себе распухает!

[Syndroma]

Уровень натрия в твэле можно определять по давлению газообразного натрия. В случае превышения критического давления, пассивно открывается клапан и твэл принудительно подключается к внешнему (аварийному) первому контуру.

[jk18]

Ну, как я и написал - натрий-ядерный боезаряд отложенного действия. С клапаном

Сообщение отредактировал jk18 - 31.10.2017, 20:18

[Syndroma]

Зато в холодном состоянии топливо оказывается в матрице твёрдого натрия. Правда, сверху подушка из газообразных осколков. Ну и на трубках конденсатора наверняка какой-то налёт специфический образуется.

[AtomInfo.Ru]

У Вас твэл 0,5 м в диаметре

Строго говоря, в быстрых спектрах можно пренебрегать эффектом гетерогенной блокировки.
В разумных пределах, конечно, пренебрегать. В километровом куске урана гетерогенная блокировка возникнет, конечно

Так что не исключаю, что против полуметровых твэлов нейтроника в данном конкретном случае возражать не будет.
А вот что на это скажет теплофизика?

[Татарин]

Строго говоря, в быстрых спектрах можно пренебрегать эффектом гетерогенной блокировки.
В разумных пределах, конечно, пренебрегать. В километровом куске урана гетерогенная блокировка возникнет, конечно

Так что не исключаю, что против полуметровых твэлов нейтроника в данном конкретном случае возражать не будет.
А вот что на это скажет теплофизика?

Поскольку теплоноситель внутри ТВЭЛа, а каналы в топливе можно делать как удобнее по теплофизике, это не есть проблема.

Если сейчас отношение сечений канала теплоносителя к топливу достаточно хорошо, то оно заведомо достаточно хорошо для теплоносителя со сменой фазы.
Где при этом проходят границы ТВЭЛа - не так и важно. Размеры ТВЭЛа могут совпадать с прежними, а могут быть порядка размера ТВС. Лишь бы манипулировать таким куском топлива было бы по-прежнему удобно.

[Татарин]

Татарин, ИМХО, конечно, но идея не рабочая. Для имеющихся диаметров твэла (а сильно большим его делать вредно по теплофизике) диаметр канала будет слишком мал, чтобы по нему организовалась конвекция теплоносителя - негде спускаться даже при большим градиенте температур "подъём" есть, а гравитационного спуска нет. А городить помимо дополнительной теплообменной части у твэла ещё и насосик, это слишком.

Нет, насосики - это уже "слишком слишком".

Но можно увеличить диаметр герметичной штуки до размеров нынешней ТВС (всё равно сейчас в реакторе манипулируют именно сборками, а не ТВЭЛами поштучно). И в этой ТВС будет уже много ТВЭЛов.
Съёмный канал с топливом и теплоносителем.