АЭС будущего, Какими они должны быть? Опции

[Rajvola]

Только что заглянул на Авантюру. Там тоже мозговой штурм. Но они смекалистее всех. Они все топливо пакуют в вольфрамовую бомбу. Она со зла раскалится догола. Уран и вольфрам плотнее всех пород. Породы растают и бомба сделает буль-буль пока энерговыделение не кончится. Придумал Бялко, брат Бялко из "Что, где, когда". "Китайский синдром" рыдает.

[sgk3d]

Только что заглянул на Авантюру. Там тоже мозговой штурм. Но они смекалистее всех. Они все топливо пакуют в вольфрамовую бомбу. Она со зла раскалится догола. Уран и вольфрам плотнее всех пород. Породы растают и бомба сделает буль-буль пока энерговыделение не кончится. Придумал Бялко, брат Бялко из "Что, где, когда". "Китайский синдром" рыдает.

… бомба продолжает прыгать по стране. (Из старого анекдота.)

Сам не люблю советчиков с непроработанными идеями, но здесь, как не медик… .

Что если реакторы (активные зоны) будущих АЭС строить сразу глубоко под землей.

Отличающиеся тем что:
Мощный корпус - длиннющая вертикальная тепловая труба (естественно герметичная). В нижней части реактор погружен в кипящий теплоноситель.
Пар по трубе поднимается вверх конвективно.
В верхней части тепловой трубы, у поверхности земли, теплообменник – конденсатор.
Как водится, отбираем тепло у пара 1-го контура, греем им пар 2-го контура. Рядом на поверхности машзал.
Конденсат 1-го контура стекает к реактору самотеком.

Осуществить перезагрузку, на глубину 300-400 метров, думаю, не станет проблемой.
Теория тепловых труб достаточно разработана.
Конструктив рисовать под типоразмер проходческого щита.
Естественно исследовать геологию, располагать АЗ ниже уровня грунтовых вод.

В случае чего можно там внизу рассредоточить АЗ и там же похоронить.

Оффтоп конечно, но отраслевая проблема еще полной оценки не имеет, но уже стоит.

С Уважением, Сергей Коваленко.

[сергей]

Ну ,Вы сами должны помнить ,откуда что взялось(А.Сахаров).Трудно оценивать риски и стоимость решения(?).Отсюда ,приемлимость рисков(стоимости) и "цена продукта".Далее состояние экономики,производительных сил и ,опять ,цена продукта и рисков.

[aprudnev]

В нашей палате пофантазировали и придумали очень красивое решение.

1) Берем место где гранитное основание. Роем там яму глубиной 50 метров, диаметром - примерно в 3 нынешних контеймента.

2) На дне в центре ставим вверх тормашками управляющие стержни. Делаем нечто вроде конусов из гранита так чтобы все что ниже валится - разделялось гранитными выступами, а выше торчат стержни. Это по центру.

3) Левее и правее копаем еще несколько ям, внизу все те же конуса из гранита. Все это на дне 50 метровой ямы, в граните.

4) Опускаем вниз на подвеске ТВЭЛ-ы. Спускаем их на уровень управляющих стержней.

5) Вниз опускаем теплообменники для воды. Не один а много.

6) Теперь наливаем туда 50 метров воды.

7) По теплообменникам пускаем воду. Поднимает подвески с ТВЭЛами выше стержней, получаем реакцию, по теплообменникам качаем воду, на выходе пар, турбины, и станция работает.

8) Когда стержни отработают - подвески по одной отводим в сторону, к той яме (все под 40 метрами воды) для стержней, там отцепляем - пусть там лежат, на граните, и греют все ту же воду.

9) на их место вешаем новые.


ну и так все время. ВСя активность под 40 метрами воды, тепло от отработанных стержней греет все ту же воду что и основной реактор. Если что случается - отцепляем подвеску, все это падает ниже стержней и там гранитные конусы обеспечивают отсутствие критичности. НИкогда ничего оттуда не вынимаем, лишь добавляем.

Лет через 200 когда все боковые бассейны забъются отработанными стержнями - перестаем ставить стержни в центральную часть, тепло по прежнему отводится и крутит турбины. Когда тепло кончится - заливаем внизу под водой бетоном или засыпаем песком и оставляем. Сверху сажаем красивый садик, и показываем посетителям.

Все абсолютно безопасно. 50 метров воды не скипятишь, пар можно улавливать вместе с газами. Нужно только обеспечить условия не возникновения гейзера (когда внизу вода поднимается и потом резко вскипает). Если что даже если вода выкипит - твэлы отцепляем, они валятся на дно а там гранитные конусы их разводят. И пусть себе лежат греются и плавят гранит - сами себя и замуруют.

Что характерно - никаких железных корпусов. Никаких там турбин расхолаживания. Никаких там дизель генераторов не нужно и бассейнов охлаждения. Даже контеймент сверху и тот не очень нужен, потому что ну свалится туда самолет - ну упадут ТВЭЛы на дно - а там нет критичности и сверху 50 метров воды в колодце диаметром 30 метров (1500 кубов - не скипятишь. Можно размеры и увеличить - скажем 100 метров глубиной и 100 метров диаметром...). Никаких проблем отходов - все остается там внизу... Все что нужно - бетонная скала, и метростроевцы...



Сообщение отредактировал aprudnev - 1.4.2011, 2:40

[sgk3d]

1) Берем место где гранитное основание. Роем там яму глубиной 50 метров, диаметром - примерно в 3 нынешних контеймента.

300-400м. я рассмотрел в первом приближении, помимо прочего, еще для обеспечения размещения АЗ гарантированно ниже уровня грунтовых вод.
Туда, где их нет, и где они никогда не появятся. Это принципиальный момент.

2) На дне в центре ставим вверх тормашками управляющие стержни. Делаем нечто вроде конусов из гранита так чтобы все что ниже валится - разделялось гранитными выступами, а выше торчат стержни. Это по центру.

Возможно не конуса, а один большой конус посредине и вокруг конусовидная щель. В таком случае получаем рассредоточение. Если конусов несколько, то между 3-мя соседними конусами получаем концентрацию.

3) Левее и правее копаем еще несколько ям, внизу все те же конуса из гранита. Все это на дне 50 метровой ямы, в граните.

4) Опускаем вниз на подвеске ТВЭЛ-ы. Спускаем их на уровень управляющих стержней.

5) Вниз опускаем теплообменники для воды. Не один а много.

Довольно сложный конструктив теплообменников получим… .

6) Теперь наливаем туда 50 метров воды.

7) По теплообменникам пускаем воду. Поднимает подвески с ТВЭЛами выше стержней, получаем реакцию, по теплообменникам качаем воду, на выходе пар, турбины, и станция работает.

При управлении придется перемещать большую инертную массу. В данном случае этой массе пропорциональна инертность реакции на управляющую команду управляемой системы в механическом смысле. Хотя я не знаком с особенностями переходных процессов реактора, по этой причине, не могу сказать, насколько критична такая инертность.

По какой причине вода в теплообменнике закипит раньше воды окружающей твэлы более низкое давление в контуре теплообменника?

… Что характерно - никаких железных корпусов … .

Там будет давление 5 атм. Вода с большой вероятностью будет уходить.

[aprudnev]

300-400м. я рассмотрел в первом приближении, помимо прочего, еще для обеспечения размещения АЗ гарантированно ниже уровня грунтовых вод.
Туда, где их нет, и где они никогда не появятся. Это принципиальный момент.
Возможно не конуса, а один большой конус посредине и вокруг конусовидная щель. В таком случае получаем рассредоточение. Если конусов несколько, то между 3-мя соседними конусами получаем концентрацию.
Довольно сложный конструктив теплообменников получим… .
При управлении придется перемещать большую инертную массу. В данном случае этой массе пропорциональна инертность реакции на управляющую команду управляемой системы в механическом смысле. Хотя я не знаком с особенностями переходных процессов реактора, по этой причине, не могу сказать, насколько критична такая инертность.

По какой причине вода в теплообменнике закипит раньше воды окружающей твэлы более низкое давление в контуре теплообменника?
Там будет давление 5 атм. Вода с большой вероятностью будет уходить.

1) Куда вода уйдет через гранитное основание??

2) Не нужно чтобы вода в теплообменнике кипела (при том давлении), нужно чтобы она кипела когда наверх поднимется. Ну скажем, 100 метров - 10 атмосфер - какая температура там у воды чтобы она не кипела... а потом когда вода поднимется она пусть себе кипит и пар создает... Ну или просто давление в теплообменнике держим ниже (не заполняем подающую трубу всеми 100 метрами воды к примеру).

ну а тонкую регулировку тоже можно добавить, стержнями сверху или же имеющими локальный привод.
Короче, 100 - ну 200 метровая шахта - гранит - и никаких тебе гвоздей и контейментов - прочных корпусов - труб (кроме подачи воды в теплообменник). Своего рода геотермальная станция выйдет.

Кстати, давно же известно как сделать термоядерную электростанцию. Очень все просто.

Сверлим шахту, где то на километр - два глубиной тоже под гранитное основание.

Кидаем туда кузькину мать, взрываем ее там. Главное, чтобы ничег наружу не вышло.Потом пускаем туда воду, получаем пар. Как получившаяся пещера остынет, повторяем с другой кузькиной матерью. И так пока термоядерные боеголовки не закончатся. Заодно и проблема утилизации решается - кидаем туда отработанное топливо а потом кузькину мать, она своим излучением переработает все эти плутонии на элементарные частицы...

(Я такой проект серьезно видел много лет назад. Не шучу.)

Сообщение отредактировал aprudnev - 1.4.2011, 5:30

[sgk3d]

1) Куда вода уйдет через гранитное основание??

«Массивы скальных пород характеризуются широким
диапазоном изменения водопроницаемости: 10^-3¸10^3 л/мин. …
Например, монопородный (гранитный) массив
Участка Колымского гидроузла характеризуется значениями q =
0,001¸1270 л/мин. Большой разброс величин q в одном и том же
массиве объясняется наличием редких, но широко раскрытых
трещин.»1

2) Не нужно, чтобы вода в теплообменнике кипела (при том давлении), нужно чтобы она кипела, когда наверх поднимется. Ну скажем 100 метров - 10 атмосфер - какая температура там у воды, чтобы она не кипела... а потом, когда вода поднимется, она пусть себе кипит и пар создает... Ну или просто давление в теплообменнике держим ниже (не заполняем подающую трубу всеми 100 метрами воды к примеру).

Подобные схемы требуют принудительной прокачки теплоносителя, при этом, в значительной области значений, теплообмен пропорционален количеству прокачиваемого теплоносителя в единицу времени.
Принудительный подъем воды со значительных глубин потребует применения каскадных (многоступенчатых) схем. Как следствие – те же самые грабли- снижение надежности.

По этой причине я предложил поднимать тепловую энергию тепловой трубой.
1. До теперешнего времени, вряд ли известно более эффективное устройство переноса тепловой энергии.
2. тепловая труба(ТТ) не требует никаких прокачек, напротив, интенсивность подъема тепла увеличивается автоматически при повышении энерговыделения нагревателя в горячем (нижнем) конце трубы. В верхней части ТТ может быть реализован аварийный пассивный водяной (при наличии естественно пополняющегося водоема), либо атмосферный теплообменник.

Я выложил более детальное описание и графическую иллюстрацию:
http://sergedesign.com/aes/AES.htm

ну а тонкую регулировку тоже можно добавить, стержнями сверху или же имеющими локальный привод.

… добавляя еще и тонкую регулировку мы добавляем еще одно измерение пространству рабочих значений функции переходных процессов. Значительно усложняем переходные процессы и все что с ними связано. Делаем поведение регулируемого реактора более разнообразным. Как результат опять понижение надежности.

С Уважением, Сергей Коваленко.

________________________________________________________________
1. МЕТОДИКА СОСТАВЛЕНИЯ МОДЕЛЕЙ
ВОДОПРОНИЦАЕМОСТИ
СКАЛЬНЫХ МАССИВОВ В ОСНОВАНИЯХ
ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
(Пособие к СНиП 2.02.02-85)

[sgk3d]

… Помимо ранее выложенной ссылки, http://sergedesign.com/aes/AES.htm для обсуждения, выкладываю и здесь текст более подробного описания моего предложения.

Некоторые мысли по поводу возможных схем создания атомных электростанций безопасных в эксплуатации.
Сергей Коваленко

Дальнейшее развитие атомной энергетики требует создания более безопасных объектов, нежели это есть сегодня.
Имеют место такие задачи, как энергонезависимость систем охлаждения атомных реакторов, быстрая и надежная изоляция аварийных атомных реакторов.

Представляется возможным решить указанные задачи следующим образом.

Системы теплоотвода выполнить в виде пассивных элементов - тепловых труб.

Активную зону реактора размещать под землей в шахте гарантированно ниже уровня грунтовых вод.

Тепловые трубы, нагреваемый конец которых расположен ниже охлаждаемого, будучи размещенными в гравитационном поле, являются весьма эффективными переносчиками тепловой энергии. Помимо этого, они представляют собой герметичные элементы, работающие автоматически при возникновении кипения теплоносителя в нагреваемом конце трубы, и не требуют дополнительного энергообеспечения. Поскольку парообразный теплоноситель поднимается к охлаждаемому концу конвективно, а сконденсированый на нем теплогоситель стекает вниз к нагреваемому концу трубы под воздействием собственного веса.

Активная зона реактора, расположенная в шахте ниже уровня грунтовых вод, в случае возникновения критической аварийной ситуации, может быть быстро и эффективно изолирована. Что воспрепятствует загрязнению окружающей среды продуктами деления.



На предлагаемой схеме:

Вертикально размещенная тепловая труба(1), в нижней части которой размещен атомный реактор, погруженный в жидкий теплоноситель тепловой трубы.

Тепловая труба размещена в вертикальной шахте.

Верхняя часть тепловой трубы представляет собой радиатор естественного охлаждения (5), снабженный защитой от внешних катастрофических воздействий и самотеком охлаждаемый внешней природной охлаждающей средой(7). Такой средой может быть атмосферный воздух, либо вода водоема, гарантированно пополняемого из естественных источников. При этом первый вариант представляется более надежным в силу надежности существования атмосферы.
Параметры тепловой трубы (1) и ее радиатора (5) должны полностью гарантированно обеспечивать теплоотвод всей тепловой энергии, выделяемой реактором в штатном (некритическом) состоянии.

Несколько ниже радиатора (5) внутрь тепловой трубы (1) вмонтирован радиатор-теплообменник (3), являющийся горячим концом герметичной тепловой трубы (2).

Верхний охлаждаемый конец (4) тепловой трубы (2) в первом варианте предлагаемой схемы является нагревательным элементом котла турбины.

Теплообменник (3) обтекается конвективно-восходящими парами теплоносителя тепловой трубы (1) и должен быть таким, чтобы при работающем охлаждении теплообменника (4)

тепловой трубы (2) на радиаторе (3) конденсировалось максимальное количество теплоносителя тепловой трубы (1), испаряемого теплом, выделенным реактором.

В то же время, теплообменник (3) при неработающем охлаждении теплообменника (4)

тепловой трубы (2) должен свободно пропускать конвективно-восходящий пар теплоносителя тепловой трубы (1), испаряемый теплом, выделенным реактором для того, чтобы весь этот пар мог быть сконденсирован теплообменником (5).

Помимо этого, возможно конструктивно окажется уместным снабдить теплообменник (3) центральным вертикальным сквозным отверстием, не имеющим сообщения с внутренним пространством тепловой трубы (2), но позволяющим осуществлять перезагрузку топлива реактора, а в рабочем состоянии закрываемым паровым экраном.

Соотношения прочности тепловых труб, их внутренних объемов и количества теплоносителей, находящихся внутри них, могут быть выбраны такими, чтобы переход всех объемов теплоносителей в парообразное состояние не приводил к разрушению тепловых труб. Другими словами, тепловые трубы при полном испарении теплоносителей, вызванных критической ситуацией, оставались бы замкнутыми, герметичными.

Ниже глубины (H), которая в свою очередь гарантированно ниже уровня грунтовых вод, представляется необходимым размещение запечатывающего устройства.

Представляется возможным выполнение такого устройства в виде необходимого количества запечатывающего материала, расположенного вокруг тепловой трубы (1) и размещенного вокруг этого материала пирозаряда необходимой мощности.

Использование запечатывающего устройства выполняется в случае возникновения критической аварийной ситуации.

В нижней части шахты необходимо предусмотреть устройства рассредоточения активной зоны реактора с целью наиболее вероятного прекращения цепной реакции независимо от внешних обстоятельств.

Во втором варианте исполнения тепловой трубы (2) турбина энергогенерирующей установки может располагаться непосредственно в тепловой трубе (2).

Во втором варианте исполнения тепловой трубы (1) между теплообменником (5) и теплообменником (3) тепловая труба (1) может быть разделена дополнительным теплообменнтком на две взаимогерметичные тепловые трубы, верхнюю – чистую и нижнюю – грязную. Такое решение может быть применено с целью недопущения заполнения надземных конструкций грязным теплоносителем тепловой трубы (1).

31 марта 2011г.

[sgk3d]

Позволю себе привлечь Ваше внимание еще одним вариантом моей схемы АЭС на тепловых трубах. Адрес оригинала без изменения: http://sergedesign.com/aes/AES.htm для обсуждения, выкладываю написанный мною материал и здесь.

Дополнение и пояснения автора от 6 апреля 2011г.

Вариант, отличающийся тем, что:

Тепловая труба (2), теплообменники (3) и (4) отсутствуют. Как описано ранее, во втором варианте исполнения тепловой трубы (1), она разделена теплообменником (9) на две взаимогерметичные тепловые трубы, верхнюю – чистую (10) и нижнюю – грязную (1). Тепловая энергия передается от тепловой трубы (1) к тепловой трубе (10) через разделяющий их теплообменник (9). При этом для теплоносителя тепловой трубы (1) теплообменник (9) служит конденсатором, а для теплоносителя тепловой трубы (10) теплообменник (9) служит источником энергии, которая обеспечивает кипение теплоносителя тепловой трубы (10). В рабочем режиме в теплообменнике (9) температура кипения теплоносителя в тепловой трубе (10) не превышает температуры конденсации теплоносителя в тепловой трубе (1).

В тепловой трубе (10) в восходящем потоке пара размещена турбина энергогенерирующей установки для которой восходящий пар служит рабочим телом.

Место размещения турбины, ее конструктивные и геометрические параметры выбираются из соображения максимального КПД. При этом в пространстве около турбины должно быть реализовано автоматическое устройство, которое при остановке вращения турбины открывает дополнительные сквозные каналы для прохождения пара. Это необходимо для того, чтобы компенсировать сопротивление, создаваемое остановившейся турбиной на пути подъема пара к конденсатору (5), и не снизить интенсивность теплоотвода всей системы от реактора.

В данном варианте и вариантах от 31 марта 2011г.

Сконденсированные на конденсаторах теплообменников теплоносители стекают в вниз в горячие зоны своих тепловых труб соответственно, как было сказано, под воздействием собственного веса. В каждой тепловой трубе это движение конструктивно необходимо направить так, чтобы между потоками стекающего сконденсированного жидкого теплоносителя и восходящим с большой линейной скоростью парообразным теплоносителем взаимное трение было минимальным.

В варианте от 6 апреля 2011г. в тепловой трубе (10) стекающий сконденсированный жидкий теплоноситель необходимо направить в нижний горячий конец тепловой трубы за пределами рабочих пространств турбины.

Помимо этого, в данном варианте имеется загрузочная шахта (8), служащая для перезагрузки реактора.

На различных объектах подобного типа в ряде вариантов глубин расположения активных зон реакторов, обеспечение теплотехнических параметров и экономические соображения могут обусловить расположение части тепловой трубы (10) с размещенной в ней турбиной над поверхностью земли.

С Уважением. Сергей Коваленко.