Твэл "навыворот", или быстрый натрий без натрия |
Здравствуйте, гость ( Вход | Регистрация )
Твэл "навыворот", или быстрый натрий без натрия |
28.10.2017, 18:48
Сообщение
#1
|
|
Постоянный участник Группа: Patrons Сообщений: 2 461 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
|
|
|
28.10.2017, 20:46
Сообщение
#2
|
|
Модератор Группа: Clubmen Сообщений: 25 025 Регистрация: 16.1.2007 Из: Обнинск Пользователь №: 4 |
Была тема "АЭС на резинке", нужно бы туда, но не нашёл... http://forum.atominfo.ru/index.php?showtopic=588 |
|
|
28.10.2017, 21:03
Сообщение
#3
|
|
Модератор Группа: Clubmen Сообщений: 25 025 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. |
|
|
28.10.2017, 21:32
Сообщение
#4
|
|
Постоянный участник Группа: Patrons Сообщений: 2 461 Регистрация: 16.3.2011 Пользователь №: 32 318 |
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. |
|
|
28.10.2017, 21:36
Сообщение
#5
|
|
Он знает ТОТ Группа: Patrons Сообщений: 2 450 Регистрация: 3.4.2011 Из: Питер Пользователь №: 33 050 |
Котлы с кипящим натрием. Средневековье какое-то
|
|
|
28.10.2017, 21:57
Сообщение
#6
|
|
Модератор Группа: Clubmen Сообщений: 25 025 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. |
|
|
28.10.2017, 22:02
Сообщение
#7
|
|
Модератор Группа: Clubmen Сообщений: 25 025 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. |
|
|
28.10.2017, 22:09
Сообщение
#8
|
|
Он знает ТОТ Группа: Patrons Сообщений: 2 450 Регистрация: 3.4.2011 Из: Питер Пользователь №: 33 050 |
Может название темы сделать менее кричащим, а то корпорацея ещё обидится.
|
|
|
28.10.2017, 22:16
Сообщение
#9
|
|
Модератор Группа: Clubmen Сообщений: 25 025 Регистрация: 16.1.2007 Из: Обнинск Пользователь №: 4 |
|
|
|
28.10.2017, 22:35
Сообщение
#10
|
|
Модератор Группа: Clubmen Сообщений: 25 025 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. |
|
|
28.10.2017, 22:45
Сообщение
#11
|
|
Постоянный участник Группа: Patrons Сообщений: 2 461 Регистрация: 16.3.2011 Пользователь №: 32 318 |
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. |
|
|
28.10.2017, 22:56
Сообщение
#12
|
|
Постоянный участник Группа: Patrons Сообщений: 2 461 Регистрация: 16.3.2011 Пользователь №: 32 318 |
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. Сообщение отредактировал Татарин - 28.10.2017, 23:11 |
|
|
28.10.2017, 23:01
Сообщение
#13
|
|
Постоянный участник Группа: Patrons Сообщений: 2 461 Регистрация: 16.3.2011 Пользователь №: 32 318 |
|
|
|
28.10.2017, 23:40
Сообщение
#14
|
|
Модератор Группа: Clubmen Сообщений: 25 025 Регистрация: 16.1.2007 Из: Обнинск Пользователь №: 4 |
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. |
|
|
28.10.2017, 23:44
Сообщение
#15
|
|
Модератор Группа: Clubmen Сообщений: 25 025 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? Всё-таки, от внутренней оболочки никуда не деться, КМК. |
|
|
29.10.2017, 7:21
Сообщение
#16
|
|
Ветеран форума Группа: Patrons Сообщений: 1 280 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.
Накапливать ОЯТ абсурдно для здорового человека. Если мечтать — то ни в чём себе не отказывать. 8956 |
|
|
29.10.2017, 10:53
Сообщение
#17
|
|
Модератор Группа: Clubmen Сообщений: 25 025 Регистрация: 16.1.2007 Из: Обнинск Пользователь №: 4 |
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. |
|
|
29.10.2017, 11:00
Сообщение
#18
|
|
Модератор Группа: Clubmen Сообщений: 25 025 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). |
|
|
29.10.2017, 11:04
Сообщение
#19
|
|
Модератор Группа: Clubmen Сообщений: 25 025 Регистрация: 16.1.2007 Из: Обнинск Пользователь №: 4 |
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. |
|
|
29.10.2017, 11:07
Сообщение
#20
|
|
Модератор Группа: Clubmen Сообщений: 25 025 Регистрация: 16.1.2007 Из: Обнинск Пользователь №: 4 |
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. |
|
|
Текстовая версия | Сейчас: 23.9.2024, 9:17 |