IPB

Здравствуйте, гость ( Вход | Регистрация )


Нет регистрации на форуме? Вам сюда.
4 страниц V   1 2 3 > »   
Reply to this topicStart new topic
> Твэл "навыворот", или быстрый натрий без натрия
Татарин
сообщение 28.10.2017, 18:48
Сообщение #1


Ветеран форума
*****

Группа: Patrons
Сообщений: 1 594
Регистрация: 16.3.2011
Пользователь №: 32 318



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
Go to the top of the page
 
+Quote Post
AtomInfo.Ru
сообщение 28.10.2017, 20:46
Сообщение #2


Модератор
********

Группа: Clubmen
Сообщений: 18 467
Регистрация: 16.1.2007
Из: Обнинск
Пользователь №: 4



QUOTE(Татарин @ 28.10.2017, 18:48) *
Была тема "АЭС на резинке", нужно бы туда, но не нашёл...


http://forum.atominfo.ru/index.php?showtopic=588
Go to the top of the page
 
+Quote Post
AtomInfo.Ru
сообщение 28.10.2017, 21:03
Сообщение #3


Модератор
********

Группа: Clubmen
Сообщений: 18 467
Регистрация: 16.1.2007
Из: Обнинск
Пользователь №: 4



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.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Татарин
сообщение 28.10.2017, 21:32
Сообщение #4


Ветеран форума
*****

Группа: Patrons
Сообщений: 1 594
Регистрация: 16.3.2011
Пользователь №: 32 318



Цитата(AtomInfo.Ru @ 28.10.2017, 21:03) *
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.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Pakman
сообщение 28.10.2017, 21:36
Сообщение #5


Он знает ТОТ
*****

Группа: Patrons
Сообщений: 1 980
Регистрация: 3.4.2011
Из: Питер
Пользователь №: 33 050



Котлы с кипящим натрием. Средневековье какое-то
Go to the top of the page
 
+Quote Post
AtomInfo.Ru
сообщение 28.10.2017, 21:57
Сообщение #6


Модератор
********

Группа: Clubmen
Сообщений: 18 467
Регистрация: 16.1.2007
Из: Обнинск
Пользователь №: 4



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.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
AtomInfo.Ru
сообщение 28.10.2017, 22:02
Сообщение #7


Модератор
********

Группа: Clubmen
Сообщений: 18 467
Регистрация: 16.1.2007
Из: Обнинск
Пользователь №: 4



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.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Pakman
сообщение 28.10.2017, 22:09
Сообщение #8


Он знает ТОТ
*****

Группа: Patrons
Сообщений: 1 980
Регистрация: 3.4.2011
Из: Питер
Пользователь №: 33 050



Может название темы сделать менее кричащим, а то корпорацея ещё обидится.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
AtomInfo.Ru
сообщение 28.10.2017, 22:16
Сообщение #9


Модератор
********

Группа: Clubmen
Сообщений: 18 467
Регистрация: 16.1.2007
Из: Обнинск
Пользователь №: 4



QUOTE(Pakman @ 28.10.2017, 22:09) *
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. smile.gif

Но ладно, переименовал (было "ТВЭЛ", стало "твэл"), чтобы не сбивать посетителей с толку.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
AtomInfo.Ru
сообщение 28.10.2017, 22:35
Сообщение #10


Модератор
********

Группа: Clubmen
Сообщений: 18 467
Регистрация: 16.1.2007
Из: Обнинск
Пользователь №: 4



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.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Татарин
сообщение 28.10.2017, 22:45
Сообщение #11


Ветеран форума
*****

Группа: Patrons
Сообщений: 1 594
Регистрация: 16.3.2011
Пользователь №: 32 318



Цитата(AtomInfo.Ru @ 28.10.2017, 21:57) *
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.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Татарин
сообщение 28.10.2017, 22:56
Сообщение #12


Ветеран форума
*****

Группа: Patrons
Сообщений: 1 594
Регистрация: 16.3.2011
Пользователь №: 32 318



Цитата(AtomInfo.Ru @ 28.10.2017, 22:35) *
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. smile.gif С 100% герметичными и автономными каналами, которые заменяются вместе с топливом.

Сообщение отредактировал Татарин - 28.10.2017, 23:11
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Татарин
сообщение 28.10.2017, 23:01
Сообщение #13


Ветеран форума
*****

Группа: Patrons
Сообщений: 1 594
Регистрация: 16.3.2011
Пользователь №: 32 318



Цитата(Pakman @ 28.10.2017, 21:36) *
Котлы с кипящим натрием. Средневековье какое-то

Котлы с радиоактивным кипящим натрием. Модернизация. 20-й век.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
AtomInfo.Ru
сообщение 28.10.2017, 23:40
Сообщение #14


Модератор
********

Группа: Clubmen
Сообщений: 18 467
Регистрация: 16.1.2007
Из: Обнинск
Пользователь №: 4



QUOTE(Татарин @ 28.10.2017, 22:56) *
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 huh.gif
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.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
AtomInfo.Ru
сообщение 28.10.2017, 23:44
Сообщение #15


Модератор
********

Группа: Clubmen
Сообщений: 18 467
Регистрация: 16.1.2007
Из: Обнинск
Пользователь №: 4



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? unsure.gif

Всё-таки, от внутренней оболочки никуда не деться, КМК.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Syndroma
сообщение 29.10.2017, 7:21
Сообщение #16


Завсегдатай
****

Группа: Haunters
Сообщений: 505
Регистрация: 23.12.2014
Пользователь №: 34 075



Сама мысль о кристаллизации топлива в трубках теплообменника внушает ужас.


--------------------
Всё это мелкая рябь на волнах экономических циклов, незаметных на приливах эпох.
8956
Go to the top of the page
 
+Quote Post
AtomInfo.Ru
сообщение 29.10.2017, 10:53
Сообщение #17


Модератор
********

Группа: Clubmen
Сообщений: 18 467
Регистрация: 16.1.2007
Из: Обнинск
Пользователь №: 4



QUOTE(Татарин @ 28.10.2017, 22:45) *
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.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
AtomInfo.Ru
сообщение 29.10.2017, 11:00
Сообщение #18


Модератор
********

Группа: Clubmen
Сообщений: 18 467
Регистрация: 16.1.2007
Из: Обнинск
Пользователь №: 4



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).
Go to the top of the page
 
+Quote Post
AtomInfo.Ru
сообщение 29.10.2017, 11:04
Сообщение #19


Модератор
********

Группа: Clubmen
Сообщений: 18 467
Регистрация: 16.1.2007
Из: Обнинск
Пользователь №: 4



QUOTE(Syndroma @ 29.10.2017, 7:21) *
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 smile.gif

Нет, в теплообменнике вряд ли приключится нечто ужасное.
Но он просто будет жутко грязный.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
AtomInfo.Ru
сообщение 29.10.2017, 11:07
Сообщение #20


Модератор
********

Группа: Clubmen
Сообщений: 18 467
Регистрация: 16.1.2007
Из: Обнинск
Пользователь №: 4



QUOTE(Татарин @ 28.10.2017, 22:56) *
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.
Go to the top of the page
 
+Quote Post

4 страниц V   1 2 3 > » 
Reply to this topicStart new topic
2 чел. читают эту тему (гостей: 2, скрытых пользователей: 0)
Пользователей: 0

 



Текстовая версия Сейчас: 20.1.2018, 8:03
Rambler's Top100