СВБР Опции

[neofeed]

Спасибо, очень интересная статья
Попутно нашел и объем теплоностителя первого контура - 18 м³

[eninav]

Прочитал всю тему, так и не понял, а в чем преимущество свинца-висмута перед классическими БН с натрием? Только в том, что свинец не горит и с водой не взрывается? Зато свинец растворяет сталь, что гораздо хуже (контакт натрия с водой и воздухом возможен только при аварии, а от контакта свинца со сталью никуда не деться). Теплофизические параметры тоже хуже, теплопроводность и теплоемкость хуже в разы, вязкость больше опять же в разы, температура плавления выше. С активацией свинца-висмута тоже все очень плохо (у натрия-24 период полураспада всего 15 часов, а у полония-210 140 суток, а есть еще такая гадость как висмуты 207 и 208, с очень высокой энергией гамма-кванта и очень долгоживущие, особенно Bi-208 — 300 тыс. лет). Цена на висмут тоже кусается, а понадобится его сотни тонн.
Короче, получается единственный плюс, что "в случае чего" реактор можно просто забросить, свинец застынет и вся дрянь окажется надежно закупоренной. Причем хранить после аварии (а также и планового вывода из эксплуатации) придется вечно.

[AtomInfo.Ru]

Прочитал всю тему, так и не понял, а в чем преимущество свинца-висмута перед классическими БН с натрием?

Классический БН, к сожалению, не совсем быстрый реактор. Правильнее утверждать, что он быстрый по сравнению с ВВЭР.
Всё же натрий - это лёгкий изотоп, и он весьма эффективно смягчает спектр нейтронов, сдвигая его от спектра деления в сторону тепловой области.
Да, конечно, БН далеко не ВВЭР, и спектр нейтронов в БН на фоне легководников смотрится великолепно, но в полной мере преимущества быстрых нейтронов в плане воспроизводства топлива он не реализует.
Поэтому поиски концепций быстрых реакторов с более тяжёлыми элементами велись чуть ли не с самого начала отрасли.

С точки зрения нейтроники, идеальным быстрым реактором был бы реактор на расплавленном уране. Только уран, и ничего другого. Ну или расплавленный плутоний, что ещё лучше. Но за такую концепцию нейтронщики получат по шее от всех подряд, начиная от теплофизиков и вплоть до технологов.
Соотв., появляется идея активной зоны из твёрдого топлива, жидким теплоносителем в которой будет элемент из хвоста таблицы Менделеева. Первым выбором была ртуть, потом взгляды сместились на свинец. Так как свинец требует высоких температур, то перешли к эвтектике, на которой сделали лодочные реакторы (они получились тоже не совсем быстрыми, но по другим причинам, не из-за атомного веса теплоносителя).
Теперь пробуют БРЕСТ, но не в формате бридера, а в формате реактора, восполняющего топливо по ходу работы (КВа=1, что трудно реализовать для БН).
Как-то так.

[AtomInfo.Ru]

И ещё конкретно по свинцу-висмуту. Ему всё же отводят региональную нишу (как хотели у нас) или рассматривают его как первый этап развития ТЖМТ-реакторов (как сейчас поступают в Китае). Крупномасштабная энергетика на тяжеломтеллическом теплоносителе - это всё же свинец. Соотв., проблем, связанных с висмутом (активация, цена), у неё не будет.

[eninav]

Т.е. у свинцового реактора будет коэффициент воспроизводства больше, чем у БН? И намного?

[AtomInfo.Ru]

Вопрос нетривиальный.

Посмотрим на табличку, которую я сейчас сделал для урана-235.
В столбцах - энергия налетающего на ядро нейтрона, выход нейтронов на акт деления, сечения деления и захвата, эфф.выход нейтронов на акт деления (учитывает, что часть нейтронов мы в обязательном порядке потеряем за счёт захвата в 235U и образования паразитного 236U).

[AtomInfo.Ru]

Средняя энергия спектра деления - 2 МэВ.
Видим, что при таких энергиях у нас в результате деления на 235U образуется примерно 2,5 нейтрона. Один нейтрон мы обязаны отдать на поддержание реакции деления, оставшиеся 1,5 нейтрона в той или иной степени (в зависимости от конструкции) могут пойти на воспроизводство топлива.

Спектр смягчается, число свободных для целей воспроизводства нейтронов снижается. Видно, что смягчившись до области "Начало сотен кэВ" мы потеряем примерно 0,5 нейтрона по сравнению со спектром деления.

Это всё очень утрированно и приземлённо, по-хорошему надо считать по программам, а не прикидывать на пальцах, но примерную выгоду от приближения спектра нейтронов в реакторе к спектру нейтронов деления мы можем себе представить. Есть за что бороться.

Но это были соображения с точки зрения нейтроники (нейтронно-физических расчётов). А далее начинается. Первыми выступят теплофизики, которым нужно уметь снимать тепло с топлива, и они выставят свои требования, сколько должно быть натрия в активной зоне, а сколько свинца, и т.д. Далее вопросы материалов, и т.д.
Поэтому натрий - это компромиссный вариант, но он был очень удачным компромиссным вариантом, устроившим все направления (исходя из имевшейся на тот момент научной базы).

[AtomInfo.Ru]

И по поводу воспроизводства.
В свинцовом БРЕСТе поставлена другая задача - повышать не КВ, а КВа (коэффициент воспроизводства в активной зоне). Это позволит убрать запас реактивности на выгорание, который у БН имеется. Соотв., если в зоне нет лишней реактивности, которая так или иначе компенсируется на начало кампании, то она и не высвободится в результате аварии.
В СВБР-100 такого требования нет (и вообще, конкретный урановый проект СВБР-100 имеет КВ меньше единицы, так получилось в его проекте, который был выполнен консервативным образом, чтобы постараться ускорить его внедрение).

[eninav]

Просто, везде пишут, что у БРЕСТа КВ ~ 1. А у БН разве КВ меньше единицы? Я всегда думал, что больше.

[AtomInfo.Ru]

Просто, везде пишут, что у БРЕСТа КВ ~ 1.

Правильно пишут. Только надо уточнять, что это КВа, коэффициент воспроизводства в активной зоне.

А у БН разве КВ меньше единицы? Я всегда думал, что больше.

Больше единицы, больше Но с бланкетами! Если бланкеты убрать, то БН перестаёт быть бридером.

[eninav]

Правильно пишут. Только надо уточнять, что это КВа, коэффициент воспроизводства в активной зоне.
Больше единицы, больше Но с бланкетами! Если бланкеты убрать, то БН перестаёт быть бридером.

Спасибо, теперь понятно. То есть, БРЕСТ даже без бланкетов имеет КВ больше 1. Значит, КВ на свинце все-таки больше чем на натрии.

Сообщение отредактировал eninav - 29.3.2021, 12:50

[AtomInfo.Ru]

И ещё. Если подойти к делу глобально.

С одной стороны, есть, назовём её - научная или теоретическая задача. С точки зрения нейтроники, в реакторе хотелось бы иметь наилучший нейтронный баланс, то есть получать с одного деления как можно больше нейтронов. Мы их можем использовать для воспроизводства топлива, для трансмутации (наработки нужных нам для различных целей изотопов), можем "отдавать" лишние нейтроны конструкторам, и т.д. и т.п.
Наилучший нейтронный баланс получается, как можно судить по таблице, для спектра нейтронов деления - исходного спектра, с которым нейтроны появляются в реакторе деления. Лучше может быть, например, в гибридных системах, где термоядерный источник подкидывает нам нейтроны 14,5 МэВ, но рассматривать всерьёз такие системы пока не будем, пусть термоядерщики для начала ITER пустят.
Любой изотоп в активной зоне смягчает спектр нейтронов (рассеяние!), то есть ухудшает нам баланс нейтронов. Лёгкие изотопы смягчают спектр эффективнее, чем тяжёлые.

Поэтому я как бывший расчётчик (нейтронщик) всегда приветствую любые движения в сторону удаления из активной зоны лёгких элементов.
Меняем натрий на свинец? Отлично! Меняем UO2 (два лёгких атома на атом урана) на UN (один лёгкий атом...)? Великолепно!

С другой стороны, есть конкретные концепции и проекты, авторы которых о нейтронном балансе думают в последнюю очередь, если вообще думают.

У нас в России есть два ТЖМТ-проекта - БРЕСТ (и его более мощная версия БР-1200) и СВБР (-75 и -100; есть также СВБР-десятка, но её обсуждать на форуме не рекомендуется).

БРЕСТ оформился в 90-ых, это целая концепция топливного цикла, а не только реактор. Создатель её, В.В.Орлов, в узком кругу своих товарищей признавался, что работал он над ней в понимании, что быстрые натриевые реакторы мертвы во всём мире, да и вся атомная энергетика при смерти, и нужно предложить нечто прорывное. Расширенное воспроизводство (высокий КВ) его не интересовало, а вот КВа=1, позволяющий избавиться от запаса реактивности на выгорание и повысить тем самым безопасность - это другое дело, это нужно.
Концепцию подхватили другие люди, стартовала рекламная кампания, в ней принял участие лично В.В.Путин уже в бытность президентом - он говорил про неё в программном выступлении на генассамблее ООН (саммит тысячелетия).
И претендовал БРЕСТ по сути дела на то, чтобы остаться единственным типом реактора на всей планете, ни много ни мало.

СВБР исходно родился из более приземлённой задачи. Его разработчики хотели сохранить свинцово-висмутовую технологию, от которой отказались наши военные.
Ни на какие глобальные задачи СВБР не замахивался, изначально речь шла о замене закрываемых ВВЭР-440. Шесть реакторов СВБР-75 вписывались бы в реакторное здание ВВЭР-440 и соединялись бы с турбинами блока. Вариант не прошёл, хотя предлагался и для российских условий (Нововоронеж), и для болгарских (малые блоки Козлодуя).

Сейчас БРЕСТ несколько умерил свои амбиции и фактически претендует только на будущую конкуренцию с ВВЭР. Если ВВЭР топливо потребляет, то БРЕСТ самостоятельно восполняет сгоревшее топливо, и тем он лучше (но ВВЭРщики могут ответить проектом ВВЭР-С, которого пока нет, но о котором говорят).
СВБР-100 вообще уехал на задний план, став одним из вариантов малой энергетики, причём не приоритетным (приоритет у РИТМа).

Заметим, что во всех перечисленных вариантах задачи расширенного воспроизводства попросту не ставилось. Почему я и написал, что вопрос о КВ для свинца/свинца-висмута не тривиальный. Можно ли было выжать высокий КВ у БРЕСТа и СВБР? Наверно, можно было бы - но это было никому не нужно, цели были иные у проектов.

Поэтому я радуюсь тому, что вижу отход от лёгких элементов в конструкции быстрых реакторов, но одновременно признаю, что ни СВБР, ни БРЕСТ не являются бридерами, и этим они уступают БНам.

[armadillo]

Лучше может быть, например, в гибридных системах, где термоядерный источник подкидывает нам нейтроны 14,5 МэВ, но рассматривать всерьёз такие системы пока не будем, пусть термоядерщики для начала ITER пустят.

почему? чем плохо добавление LiD в ТВЭЛ "для улучшения спектра", кроме того, что это реализовывать надо?

[AtomInfo.Ru]

Как можно понять из написанного, в России ТЖМТ-направление развивалось заковыристым путём. Достаточно сказать, что концепция БРЕСТа родилась из ошибочного постулата о смерти атомных технологий XX века.
Поэтому для чистоты эксперимента лучше присмотреться к китайской программе, где не было наших обстоятельств.

Им (китайцам) делящиеся материалы нужны, и в расширенном воспроизводстве они более чем заинтересованы.
И идут они совершенно традиционным путём, через быстрые натриевые реакторы. Они строят два БН-а шестисотника (один с нами, другой, как они утверждают, самостоятельно) и в их дальнейших планах - коммерческий БН класса тысячника (либо свой проект, либо, как недавно намекал Першуков, российский БН-1200). То есть, основную ставку в плане наработки топлива они делают сейчас именно на БНы.

При этом ТЖМТ у них тоже есть. И начинают они со свинца-висмута, с проектов небольших реакторов, у которых две задачи: (1) отработка части вопросов эксплуатации ТЖМТ-реакторов; (2) создание мобильных установок для военных (лодки, малые АЭС и т.д.).
Свинцовые реакторы в Китае появятся позже, если вообще появятся. Китайские специалисты откровенно говорят, что предпочитают посмотреть, что получится у русских с БРЕСТом.
То есть, они понимают потенциал ТЖМТ-реакторов (в том числе и с точки зрения воспроизводства), но рисковать и быть первопроходцами не намерены.

[AtomInfo.Ru]

почему? чем плохо добавление LiD в ТВЭЛ "для улучшения спектра", кроме того, что это реализовывать надо?

Последним обстоятельством и плохо!
Одно, когда термоядерщики сами справятся и дадут нам внешний источник нейтронов. Другое, когда нам самим маяться и обосновывать.
Это шутка, конечно, с долей шутки. Если получится выгода от такого решения, то буду только рад.

[eninav]

Поэтому я радуюсь тому, что вижу отход от лёгких элементов в конструкции быстрых реакторов, но одновременно признаю, что ни СВБР, ни БРЕСТ не являются бридерами, и этим они уступают БНам.

Все-таки логика конструкторов мне непонятна. Если уж нам все равно придется идти на затраты (НИОКР и т.д.) что бы перейти с натрия на ТЖМТ, то какой смысл при этом проектировать невысокий КВ? Получается, основной плюс жесткого спектра нейтронов — высокий КВ — просто не используется. Отсутствие избыточной реактивности это хорошо, но можно ведь и другими путями ее устранить, выгорающими поглотителями например.

[AtomInfo.Ru]

Все-таки логика конструкторов мне непонятна.

Логику СВБРщиков я знаю в достаточной степени хорошо, поэтому могу ответить.
Это исходно был очень консервативный проект. Делалось это намеренно, чтобы максимально облегчить лицензионные процедуры.
Потому что цель была - сохранение технологии. Хоть чучелом, хоть тушкой... В общем, им было не до изысков и новшеств. Поэтому они брали лодочные решения, модифицировали их, чтобы сделать гражданскими, и надеялись на быстрое строительство первого блока (пока ветераны лодочной программы в строю; Тошинскому сейчас 92, Степанов чуть помоложе, но тоже немолодой...).

Сейчас проект можно было бы сделать во многом по-другому. Но сейчас проблема в том, что госфинансирование "Росатома" снижается и тянуть одновременно близкие друг к другу проекты "Росатом" за свой и госсчёт сейчас не сможет.
СВБР проигрывает БРЕСТу по степени "влиятельности", у него нет внутри "Росатома", назовём так, влиятельного лоббиста (да и появился в своё проект, минуя "Росатом", по команде сверху).
Поэтому в обозримом будущем рассчитывать на значительные переделки проекта СВБР-100 нельзя; он практически заморожен до лучших времён.

Если и когда ситуация изменится, то, может быть, мы увидим некий принципиально иной проект на основе СВБР.

[AtomInfo.Ru]

А конструкторов БРЕСТа мы как-нибудь на предмет КВ попробуем покусать... Начнётся стройка у них, будет повод с ними встретиться, поговорим.

[AtomInfo.Ru]

но можно ведь и другими путями ее устранить, выгорающими поглотителями например.

Если он в виде стержня, то может вывалиться из зоны. Если он идёт добавкой к топливу, то может быть неудача при расплавлении. Можно продолжать эту цепочку "если... то".
Поэтому Орлов и предложил в своё время БРЕСТ - быстрый реактор с естественной безопасностью, в котором тяжёлые аварии исключаются детерминистически. Нет нужды в запасе реактивности - нет опасности разгона на мгновенных нейтронах. Нет циркония - нет пароциркониевой реакции с выделением водорода (ну это и для БН справедливо).
Напомню, что концепция появилась во времена газовой паузы и мрачных перспектив для атомной энергетики в целом, поэтому и упор был именно на безопасность, а не на наработку топлива, как было во времена появления БНов.

[generalissimus19...]

Если он в виде стержня, то может вывалиться из зоны. Если он идёт добавкой к топливу, то может быть неудача при расплавлении. Можно продолжать эту цепочку "если... то".
Поэтому Орлов и предложил в своё время БРЕСТ - быстрый реактор с естественной безопасностью, в котором тяжёлые аварии исключаются детерминистически. Нет нужды в запасе реактивности - нет опасности разгона на мгновенных нейтронах. Нет циркония - нет пароциркониевой реакции с выделением водорода (ну это и для БН справедливо).
Напомню, что концепция появилась во времена газовой паузы и мрачных перспектив для атомной энергетики в целом, поэтому и упор был именно на безопасность, а не на наработку топлива, как было во времена появления БНов.

Ну, то есть, формально можно возразить, что, когда будет изучена экономика БРЕСТа, можно будет спроектировать вариант с зоной расширенного воспроизводства на периферии, как в БН-ах? Т.е., сохраняя КВа ~1, иметь добавку от наружного бланкета? Правда, там начнутся свои тараканы...