ВВЭР - Супер и СКД Опции

[kuzeyli]

Благодарю АтомИнфо.ру и В.Берковича за интервью http://atominfo.ru/news9/i0464.htm . Тему считаю весьма злободневной и сам давно точил на неё зубы, но не знал как начать.

Сначала о терминах. ВВЭР с регулируемым спектром нейтронов (посредством вытеснителей) буду называть Супер-ВВЭР (СВВЭР), понимая, что это только один из возможных его вариантов. Но не буду иметь в виду ВВЭР-СКД, как вариант СВВЭР. Тем более, что у ВВЭР-СКД своих вариантов хватает. Всё это почти устоявшиеся термины разработчиков и их и буду придерживаться.

О самом интервью. Упор в ней, как видно, Вадим Яковлевич делает на ВВЭР-СКД, как на более ценном для атомной энергетики реакторе, чем СВВЭР. Что очень даже понятно, - КПД в 40% с лишним, даже КПД-брутто, не шуточное дело. Но создаётся из интервью впечатление, что ОКБ ГП, при определённых условиях (например, при твёрдом заказе на разработку ВВЭР-СКД), готов махнуть рукой на СВВЭР. Как на паллиатив по отношению к ВВЭР-СКД. Что было бы весьма печально.

Потому что ВВЭР-СКД это почти журавль в небе, а СВВЭР, - почти синица в руках, но это синица, которая со временем способна стать близкой в своих размерах к журавлю. В частности и потому, что ториевый СВВЭР мог бы стать средством создания турецкого атомпрома, по сути как дочернего АО по отношению к Росатому. Ещё лучшим таким средством был бы, конечно, ВВЭР-СКД, но когда он будет. А та же Турция ждать не будет, а воспользуется первой же иной возможностью использования своих запасов тория.

В общем, если Росатом на самом деле задался целью мировой экспансии и в области наукоёмких технологий (как второй этап этой экспансии), то можно и нужно быстро создавать Супер-ВВЭР, в том числе и ториевый. И к разработке последнего можно и нужно привлекать и турецкую сторону. А ВВЭР-СКД будет чем-то вроде венца ВВЭРов. И к нему, конечно, тоже надо стремиться.

[kuzeyli]

Для возобновления разговора о Супер-ВВЭР повторю здесь своё сообщение, сделанное в теме ВВЭР-ТОИ.

Дошёл до предприятия, на котором работаю, декабрьский номер журнала «Росэнергоатом». Основная тема номера — ВВЭР-ТОИ. Руководитель работ над проектом от КРЭА А.К. Полушкин во вводной статье номера, как и положено, подводит итог всей проделанной работе. И под конец пишет о сложившемся при работе над проектом неформальном коллективе примерно в две тысячи специалистов отрасли, которому по плечу и проект Супер-ВВЭР.

И поясню, что под под неформальным коллективом имел в виду работников организаций отрасли, работавших над проектом.



Сообщение отредактировал kuzeyli - 9.2.2013, 11:38

[Denis_Hliustin]

Для возобновления разговора о Супер-ВВЭР
о сложившемся при работе над проектом неформальном коллективе примерно в две тысячи специалистов отрасли, которому по плечу и проект Супер-ВВЭР.
имел в виду работников организаций отрасли, работавших над проектом.

В продолжение беседы вокруг SCWR, субъективный взгляд группы авторов представлен в работе http://www.atomic-energy.ru/papers/29795

В цифрах там, возможно, не всё правильно, но всё равно информативно.
Обратим внимание на таблицу 1. Для реактора "1984 года" старые источники не указывали КВ=1,2. В известном мне отчёте речь шла о меньшем превышении над единицей.
Далее, обратим внимание на реактор 2007 года: температурный перепад между входом и выходом ТВС 290-540 Цельсия ставит под сомнение принципиальную осуществимость всего проекта. Исследование гидродинамики СКД и её влияния на реактивность затянет на неопределённый срок создание такого реактора. Кстати это могло являться целью авторов при открытой публикации.

Возник такой феномен в проекте не случайно: рассматривается топливо UO2-PuO2 собственного изотопного состава плутония. Смысл идеи в том, чтобы взять плотную активную зону подобную БН-800, с содержанием плутония на уровне 15% тяжелых атомов, залить водой и получить КВ больше единицы, оставаясь в рамках легководного а не жидкометаллического теплоносителя.

При этом, чтобы превысить единицу, нужно размещать ТВЭЛы по треугольной решётке вплотную, с минимальным зазором сравнимым с толщиной оболочки ТВЭЛ. Урано-водное отношение остаётся недостаточно высоким, и для дальнейшего его увеличения надо снижать плотность H2O. Типичные значения: 0,9 номинальной плотности в АСТ; 0,7 в докритических некипящих PWR; 0,5 в BWR и РБК.
Для ВВЭР-СКД в 1980-е фигурировала величина 140 кг/м3. Слишком снижать её нельзя: при прочих равных, расход мощности на прокачку теплоносителя обратно пропорционален квадрату плотности /если компенсировать меньшую плотность только увеличением скорости прокачки теплоносителя/. А концентрация плутония в легководном бридере по меньшей мере вчетверо выше, чем урана235 в АЗ ВВЭР.
У конструкторов возникает соблазн вытянуть параметр (МВт/кг Pu) за счёт увеличения температурного перепада, иначе с активной зоны СКД, имеющей малое сечение прохода теплоносителя при малой его плотности, слишком малую тепловую мощность снять можно. Водяной пар это ведь не жидкий металл.

Суммируя выше сказанное, возникает такой вопрос:
целесообразно ли ассоциировать SCWR именно с плутониевым бридером замкнутого топливного цикла?
Может, лучше с конвертером U235=>Pu239 при термодинамическом КПД 40%.
Высокое давление воды СКД предопределяет необходимость толстых оболочек ТВЭЛов ВВЭР СКД. В цитированной публикации упоминаются 0,4 мм и 0,55 мм стальные оболочки. Сразу получается разбавление плутония и урана конструкционными материалами, большее чем уже достигнуто в БН-600. Высокие коэффициенты воспроизводства в СКД едва ли получатся уже по этой причине, а не только засчет замедления нейтронов водородом.
Это нужно учитывать, рассматривая СКД в контексте привлекательной идеи о том, чтобы в одноконтурном легководном реакторе на серийной турбине СКД, взятой с угольных электростанций, получить расширенное воспроизводство без всяких жидких металлов.

Теперь отметим, что у СКД есть более простой вариант: конвертер U235=>Pu239 c КВ~0,8 о котором видимо и говорил Беркович.
Вода СКД, имея в аппарате допустимое давление до 300 атмосфер, позволит сделать спектральное регулирование запасом реактивности, вместо борного. Выгорания уровня 40 ГВт*сутки/тонна достигаются при стартовом обогащении 3% U235.
В этом принципиальная разница: в случае, когда непременно надо превысить КВ=1, в АЗ плутоний в количестве ~15% тяжелых атомов. Когда рассматриваем конвертер СКД, в АЗ уран235 обогащением 3%. Это не ошибка, просто пока мало кому известный факт. В обоих случаях применяется водяной пар СКД выше критической точки, который есть теплоноситель по свойствам близкий к идеальному газу, а нейтронная физика принципиально разная. Эти 2 случая мы далее будем чётко различать при обсуждениях.

В варианте конвертера свежее топливо - урановое, облучённые ТВЭЛы высвечиваются на выдержке сколько нужно, после чего на наработанном в них плутонии запускаются вновь вводимые мощности БН. Лично мне вариант конвертера СКД представляется очень реалистичным. Бридеры же правильнее делать натриевые и свинцовые.




Сообщение отредактировал Denis_Hliustin - 9.2.2013, 15:56