Воспроизводство в быстрых реакторах, Отчёт о НИР - 1974 Опции

[Syndroma]

Думается мне, проектировать, зная, что тот или иной подход оправдался, куда проще, чем ведя поисковые исследования.

Это особенно справедливо, когда поисковых направлений очень много, а ресурсы ограничены. Поэтому мы должны быть заинтересованы, чтобы Китай строил ВГТРы, индийцы осваивали торий, а на Западе кто-нибудь как-нибудь осилил бы ЖСР.
Попробовать всё сразу ни у кого не получится, а сравнить разные подходы было бы интересно.
Но нужно быть готовым к тому, что никто ничего исследовать не будет, а все будут сидеть ровно и смотреть на остальных. Тогда придётся идти вперёд в одиночку.

Как забавно повернулся мир. Раньше все боролись за приоритет в освоении любой технологии. "Sputnik moment" был большим шоком. Сейчас все борются непонятно за что, sputnik moment'ы сыпятся как из рога изобилия, не вызывая интереса.

[AtomInfo.Ru]

Вернёмся к истории, то бишь, к отчёту-1974.

Что можно выжать ещё из БНов с окисным топливом? Как это видели авторы отчёта?

[AtomInfo.Ru]

"РЕАКТОРЫ С ОКИСНЫМ ТОПЛИВОМ.

Как сказано выше. быстрые реакторы могут выполнять свою роль в атомной энергетике в том случае, если их время удвоения составит 4-8 лет.

По проработкам, выполненным в ФЭИ и смежных организациях, такие времена удвоения могут быть достигнуты на реакторах БН с окисным топливом..

Необходимыми условиями для этого являются следующие:"

[AtomInfo.Ru]

"1. Достижение выгорания 10% т.а.

Ограничивающим фактором может стать распухание сталей при больших интегральных дозах облучения быстрыми нейтронами.

Полностью этот вопрос ещё не ясен, однако:

- во-первых, имеются предложения по изменению конструкции пакета, если распухание станет препятствовать глубокому выгоранию.
Изменение конструкции пакета состоит в том, что используется более плотная окись, меньшие толщины оболочек твэл, меньшие толщины стенок пакетов - всё это для создания большего зазора между пакетами для обеспечения возможности распухания пакета;

- во-вторых, имеется возможность применения слабораспухающих материалов типа нимоников.

Другим ограничивающим фактором является коррозия оболочки с внутренней стороны за счёт взаимодействия стали с осколками деления при глубоком выгорании.
В настоящее время изучаются различные средства борьбы с этим явлением (подбор соотношения металл-кислород в топливе, снижение количества примесей, покрытие оболочек защитным слоем).

Эти вопросы требуют дальнейшего изучения. Однако опыт БОР-60, "Рапсодии" и др. не вызывает особых сомнений в возможности достижения выгораний 10% и более.

В проектах LMFBR предполагается достичь выгораний (средних) от 8 до 15%...".

[AtomInfo.Ru]

Стандартный подход для борьбы с распуханием - это, конечно, снижение плотности топлива ниже теоретической и, если надо, создание дополнительных пустот.

И вот тут, как пишет уже Казачковский в научно-технических мемуарах, на горизонте появилось вибротопливо, для которого создание низкой плотности - вообще не проблема.

Но у него в этом случае проявился следующий недостаток:

"Иметь низкую плотность для вибротоплива - не проблема.

Но, если она слишком низкая, то после загрузки свежих твэлов нужно сравнительно медленно повышать мощность реактора, чтобы успел сформироваться прочный спечённый сердечник с достаточно равномерным распределением топлива вдоль всего твэла.
В противном случае может иметь место его оседание и соответственно уплотнение в нижней части твэла".

[AtomInfo.Ru]

Сделаем очередное отступление в сторону.
Казачковский:

"На первых порах жаропрочность была главным требованием, предъявляемым к материалу оболочки.
Однако после того, как был обнаружен эффект вакансионного распухания, именно он и стал доминирующим при определении возможности длительного облучения твэлов.

Пришлось предусматривать меры, специально направленные на снижение вакансионного распухания, подбирая состав, используя присадки, например, титана, проводя предварительную механическую обработку с сильной пластической деформацией применяемых сталей.

В качестве перспективных материалов рассматриваются уже упоминавшиеся нимоники и стали ферритомартенситного класса.

Последние, как практически не распухающие, открывают особенно большие возможности для дальнейшего увеличения кампании твэлов.
Они, однако, заметно снижают свою механическую прочность в области максимальных реакторных температур.
Рассматриваются меры по повышению их жаропрочности (например, методом дисперсионного упрочнения).

Разработана надёжная технология сварки между собой тонкостенных трубок из различных материалов, что позволяет в случае необходимости иметь составные оболочки, то есть ферритомартенситные в основном и аустенитные сверху.
Впрочем, с учётом радиационных изменений в сталях при больших облучениях это может оказаться и не очень выгодным.

В принципе можно думать и о некотором снижении максимальной температуры оболочки за счёт, например, уменьшения её разброса на выходе из активной зоны...

Толщина оболочки, выбираемая, прежде всего, из соображений прочности, а также технологичности изготовления и, наконец, требований физики, составляет 0,3-0,4 мм.
Этого ещё достаточно, чтобы сдержать распухание керамического и металлического, в том числе подверженного свеллингу нелегированного топлива.

Такая толщина, кстати, для некоторых материалов может быть уже соизмерима с размерами отдельных зёрен и поэтому тем более не должна снижаться.

С другой стороны, увеличение толщины оболочки может заметно ухудшать физику реактора".

[AtomInfo.Ru]

Так что провозгласить цель "выгорание 10%" было легко.
А вот при достижении её оказалось, что задача эта весьма трудоёмкая и непростая.

[AtomInfo.Ru]

Ну и попутно выяснилось, что увеличение выгорания приводит к некоторым (неожиданным на первый взгляд) неприятностям для КВ.
Казачковский:

"В твэлах первых загрузок БН-350, поскольку больших надежд на достаточно глубокое выгорание тогда не возлагалось, полости для сбора газов были сделаны совсем малыми.

Впоследствии они были существенно увеличены (за счёт торцевых экранов)".

[AtomInfo.Ru]

"А сейчас главная задача наша - это обеспечить проектные параметры БН-800, то есть, дозы около 90 сна и выгорание 10% т.ат".
http://atominfo.ru/news/aira079.htm

Так что задача эта по выгоранию 10% плавно переползла из советского периода в российский.

[Ultranauth]

Особенно это заметно у американцев. У них со времён Эйзенхауэра система работает таким образом, что государство проверяет идею и отдаёт её частнику, причём частник должен подключаться на самом раннем этапе, фактически уже на демонстраторе, даже не прототипе.
Это ошибка, на мой взгляд.
Что такое частник, хорошо наблюдать в МАГАТЭ. Если немного утрировать, то это человек, которому и так хорошо, и который все новые предложения рассматривает как покушение на его карман.
У частника есть LWR, он приносит ему прибыль, и ему глубоко плевать на то, что когда-то может кончиться уран. Он разорит военный склад, купит уран у заирских контрабандистов, в конце концов, просто закроет АЭС и побежит строить станции на кизяках. Он не государство, чтобы у него болела голова о сбалансированности энергобаланса.

Совершенно не очевидно, что запретительно-регуляторный подход с целью заставить частников строить быстрые блоки вместо экономически оправданных, ну не знаю, ПГУ - правильный выход здесь. Примером такого подхода "госзаботы о сбалансированном энергобалансе" является внедрение ВИЭ в Германии... Представляется несколько сложным так же продавливать быстрые реакторы.

Понимая это, парадигма внедрения ЗЯТЦ через улучшение экономических параметров его, была оправда, особенно учитывая, что при тиражировании цена технологии бы упала, и спрос на реакторы с высоким КВ вырос бы.

[Ultranauth]

"А сейчас главная задача наша - это обеспечить проектные параметры БН-800, то есть, дозы около 90 сна и выгорание 10% т.ат".
http://atominfo.ru/news/aira079.htm

Так что задача эта по выгоранию 10% плавно переползла из советского периода в российский. .

Это среднее выгорание имеется в виду? Т.к. максимальное достигнутое для БН-600 постулируется 12% емпни.

[AtomInfo.Ru]

Это среднее выгорание имеется в виду?

Да, конечно.

[asv363]

Это среднее выгорание имеется в виду? Т.к. максимальное достигнутое для БН-600 постулируется 12% емпни.

Мне почему-то память подсказывает несколько большее выгорание - 14%, если не 16%.

[AtomInfo.Ru]

У штатного топлива БН-600 максимальная глубина выгорания - 11,1%
http://mntk.rosenergoatom.ru/mediafiles/u/...Nosov_YU.V..pdf
В обнинском журнале даётся более высокий результат - 11,4%.

Это штатное топливо.
В опытном, экспериментальном и проч. могут быть всякие результаты в зависимости от назначения.

[asv363]

Это штатное топливо.
В опытном, экспериментальном и проч. могут быть всякие результаты в зависимости от назначения.

Реактором ошибся, с кем не бывает. 14% - это уже БР-10 на PuO₂: http://www.atominfo.ru/newsp/w0537_03.jpg

[AtomInfo.Ru]

Небольшое лирическое отступление по поводу поставленной в отчёте-1974 цели "выгорание 10%".

Примерно в это же время на БН-350 были введены ограничения сверху на выгорание - не более 5,7%. Иначе твэлы текли.

"Массовая разгерметизация оболочек твэлов (на БН-350 в начале работы) обусловлена недооценкой газовыделения и недостаточным объёмом газовой полости твэлов, что потребовало соответствующего изменения конструкции твэлов" (Кочетков, Поплавский и Троянов, 2011).

Это ещё пережили бы, но на потёкшие твэлы наложились потёкшие парогенераторы.
"Грубейшее нарушение технологического процесса при изготовлении"...

В общем, в ЦК КПСС на фоне всех этих событий была брошена зловещая фраза: "Ну что, довольно наигрались с быстрыми реакторами?".

Проецируя ситуацию на день сегодняшний, думаю, сдались бы.
А вот тогда решили, что лучше, конечно, помучаться.
И не просто спасти положение, а спокойно двигаться вперёд, как и было задумано.

[AtomInfo.Ru]

Ну и про нимоник, который уже дважды поминался.

Не буду делать вид, что я особо умный и рассказывать, что это такое. В книжках написано, что это жаропрочные сплавы на основе никеля.

[AtomInfo.Ru]

Как видно, общий фон для быстрого направления в 1974 году был в нашей стране непростым, БН-350 входил в работу тяжело.
Но борьба за высокий КВ и малое время удвоения продолжалась.
Вернёмся к перечисленным в отчёте-1974 условиям достижения малых времён удвоения.

[AtomInfo.Ru]

"2. Обеспечение короткого внешнего цикла - 0,5 года.

Время внешнего цикла является решающим фактором в достижении необходимых времён удвоения.
Так, изменение только времени внешнего цикла от 0,5 до 2 лет может вывести быстрый реактор из области допустимых значений времени удвоения:

Первая колонка - время внешнего цикла, лет.
Вторая колонка - время удвоения для окисного топлива, лет.
Третья колонка - время удвоения для карбидного топлива, лет.

0,5 --- 7 --- 5,2
1,0 --- 8,8 --- 6,2
2,0 --- 12,3 --- 8,1

Как следует из работ ВНИИНМ и других организаций, принципиальная возможность создания времени внешнего цикла 0,5 г. и менее - это разрешимая задача.

Необходимо в первую очередь решение вопросов транспортировки и разделки топлива с малой выдержкой после работы в реакторе.

Создание короткого цикла - одна из главных задач для всего дела развития быстрых реакторов".

[Dobryak]

Ну и про нимоник, который уже дважды поминался.

Не буду делать вид, что я особо умный и рассказывать, что это такое. В книжках написано, что это жаропрочные сплавы на основе никеля.

Это то же самое. что ЭИ-437

http://redmetsplav.ru/store/nikel1/rossiys...rialy/ei/ei437/