Версия для печати темы
Форум AtomInfo.Ru _ Разные стороны атома _ Твэл "навыворот"
Автор: Татарин 28.10.2017, 18:48
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.
Автор: AtomInfo.Ru 28.10.2017, 20:46
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
Автор: 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.
Автор: Татарин 28.10.2017, 21:32
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.
Автор: Pakman 28.10.2017, 21:36
Котлы с кипящим натрием. Средневековье какое-то
Автор: AtomInfo.Ru 28.10.2017, 21:57
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.
Автор: AtomInfo.Ru 28.10.2017, 22:02
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.
Автор: Pakman 28.10.2017, 22:09
Может название темы сделать менее кричащим, а то корпорацея ещё обидится.
Автор: AtomInfo.Ru 28.10.2017, 22:16
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.
Но ладно, переименовал (было "ТВЭЛ", стало "твэл"), чтобы не сбивать посетителей с толку.
Автор: 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.
Автор: Татарин 28.10.2017, 22:45
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.
Автор: Татарин 28.10.2017, 22:56
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.
С 100% герметичными и автономными каналами, которые заменяются вместе с топливом.
Автор: Татарин 28.10.2017, 23:01
Цитата(Pakman @ 28.10.2017, 21:36)
Котлы с кипящим натрием. Средневековье какое-то
Котлы с
радиоактивным кипящим натрием. Модернизация. 20-й век.
Автор: AtomInfo.Ru 28.10.2017, 23:40
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
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.
Автор: AtomInfo.Ru 28.10.2017, 23:44
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.
Автор: Syndroma 29.10.2017, 7:21
Сама мысль о кристаллизации топлива в трубках теплообменника внушает ужас.
Автор: AtomInfo.Ru 29.10.2017, 10:53
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.
Автор: AtomInfo.Ru 29.10.2017, 11:00
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).
Автор: AtomInfo.Ru 29.10.2017, 11:04
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
Нет, в теплообменнике вряд ли приключится нечто ужасное.
Но он просто будет жутко грязный.
Автор: AtomInfo.Ru 29.10.2017, 11:07
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.
Автор: LAV48 29.10.2017, 13:31
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
Автор: LAV48 29.10.2017, 13:33
Цитата(AtomInfo.Ru @ 29.10.2017, 11:07)
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
Автор: anarxi 29.10.2017, 15:21
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?
Автор: Netlog 29.10.2017, 15:37
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.
Автор: Татарин 29.10.2017, 15:43
Цитата(AtomInfo.Ru @ 28.10.2017, 23:40)
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.
Автор: Татарин 29.10.2017, 15:51
Цитата(Netlog @ 29.10.2017, 15:37)
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.
Автор: Татарин 29.10.2017, 15:54
Цитата(LAV48 @ 29.10.2017, 13:31)
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..
Автор: anarxi 29.10.2017, 16:31
QUOTE(Татарин @ 29.10.2017, 14:43)
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?
Автор: AtomInfo.Ru 29.10.2017, 23:17
QUOTE(anarxi @ 29.10.2017, 15:21)
"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.
Автор: LAV48 30.10.2017, 0:14
Цитата(Татарин @ 29.10.2017, 15:54)
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.
Автор: jk18 30.10.2017, 20:10
QUOTE(Татарин @ 29.10.2017, 17:43)
Наверное, я неясно объяснил идею. ТВЭЛ - автономен и полностью герметичен.
Представляю бассейн выдержки, заполненный этими натрий-ядерными бомбами с неизвестным состоянием внешних оболочек
Автор: AtomInfo.Ru 30.10.2017, 20:50
QUOTE(jk18 @ 30.10.2017, 20:10)
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.
Автор: AtomInfo.Ru 30.10.2017, 20:52
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.
Автор: AtomInfo.Ru 30.10.2017, 22:35
QUOTE(Татарин @ 28.10.2017, 22:45)
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.
Автор: Syndroma 31.10.2017, 6:57
Цитата(AtomInfo.Ru @ 30.10.2017, 22:50)
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.
Автор: jk18 31.10.2017, 8:24
QUOTE(Syndroma @ 31.10.2017, 8:57)
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!
Автор: AtomInfo.Ru 31.10.2017, 9:05
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.
Автор: AtomInfo.Ru 31.10.2017, 9:09
QUOTE(jk18 @ 31.10.2017, 8:24)
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.
Автор: Syndroma 31.10.2017, 9:13
Цитата(Татарин @ 29.10.2017, 17:43)
ТВЭЛ - автономен и полностью герметичен.
"Все трубы 1к" сводятся к ТВЭЛу
Теперь у нас грязный теплоноситель сидит только в ТВЭЛе.
Автор: AtomInfo.Ru 31.10.2017, 9:31
А, вот как! Это, значит, я не обратил внимания, потому как ориентировался на начальные условия темы:
QUOTE
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.
Автор: AtomInfo.Ru 31.10.2017, 9:34
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.
Автор: AtomInfo.Ru 31.10.2017, 9:37
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.
Автор: Syndroma 31.10.2017, 9:42
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.
Автор: Netlog 31.10.2017, 10:05
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.
Автор: Татарин 31.10.2017, 11:58
Цитата(Netlog @ 31.10.2017, 10:05)
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.
Автор: Татарин 31.10.2017, 12:01
Цитата(Syndroma @ 31.10.2017, 9:42)
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.
Автор: Татарин 31.10.2017, 12:10
Цитата(AtomInfo.Ru @ 31.10.2017, 9:05)
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.
Автор: Syndroma 31.10.2017, 12:28
Цитата(Татарин @ 31.10.2017, 13:58)
Перестановки на мощности возможны и желательны.
Как-то нужно уметь вынимать ТВЭЛ не отключая теплообменник.
Автор: Татарин 31.10.2017, 12:49
Цитата(Syndroma @ 31.10.2017, 12:28)
Как-то нужно уметь вынимать ТВЭЛ не отключая теплообменник.
А вот теплообменник и можно сделать отдельно (поТВСно) отключаемым каналом.
Автор: Syndroma 31.10.2017, 12:54
Если отключить теплообменник, то разве весь натрий сразу не вскипит в ТВЭЛе?
Автор: Netlog 31.10.2017, 12:58
Цитата(Syndroma @ 31.10.2017, 12:54)
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.
Автор: Татарин 31.10.2017, 13:36
Цитата(Syndroma @ 31.10.2017, 12:54)
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".
Автор: alex_bykov 31.10.2017, 13:42
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.
Автор: Syndroma 31.10.2017, 13:46
По трубкам в нижнюю часть твэла из конденсационной камеры?
Автор: alex_bykov 31.10.2017, 15:28
QUOTE(Syndroma @ 31.10.2017, 13:46)
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.
Автор: Syndroma 31.10.2017, 16:34
Зачем гибы? Вот, например:
Круглое — трубки второго контура.
С нейтроникой и так всё плохо, поэтому её можно не учитывать.
Автор: ВОВИЩЕ 31.10.2017, 19:45
QUOTE(Syndroma @ 31.10.2017, 16:34)
Круглое — трубки второго контура.
У Вас твэл 0,5 м в диаметре или трубки второго контура с волосок?
Автор: Syndroma 31.10.2017, 20:03
Твэл размером с ТВС.
Нарисовано в Пэинте за 30 секунд, некоторые детали могут быть неточны.
Кругляшами я просто обозначил трубную доску конденсатора.
Автор: alex_bykov 31.10.2017, 20:07
QUOTE(Syndroma @ 31.10.2017, 16:34)
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)
Автор: Syndroma 31.10.2017, 20:09
Больше конкретики в критике пожалуйста!
Автор: Syndroma 31.10.2017, 20:11
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!
Автор: Syndroma 31.10.2017, 20:16
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.
Автор: jk18 31.10.2017, 20:18
Ну, как я и написал - натрий-ядерный боезаряд отложенного действия. С клапаном
Автор: Syndroma 31.10.2017, 20:24
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.
Автор: AtomInfo.Ru 1.11.2017, 10:42
QUOTE(ВОВИЩЕ @ 31.10.2017, 19:45)
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?
Автор: Татарин 1.11.2017, 13:13
Цитата(AtomInfo.Ru @ 1.11.2017, 10:42)
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.
Автор: Татарин 1.11.2017, 13:28
Цитата(alex_bykov @ 31.10.2017, 13:42)
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.
Русская версия Invision Power Board (http://www.invisionboard.com)
© Invision Power Services (http://www.invisionpower.com)