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]

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]

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

[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.

[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.

[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.

[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]

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.