Реакторы на расплавах солей, Реакторы с жидкосолевым топливом Опции

[VBVB]

Стратегия выбора типа ЖСР для ядерной энергетики в РФ практически публично мало обсуждалось.
В основном в РФ рассматривают только проекты ЖСР средней и большой мощности на быстрых нейтронах.

Типов ЖСР установок немало имеется описанных и их можно систематизировать следующим образом:
1) тип жидкосолевой смеси: фторидные и хлоридные эвтектики.
2) по топливным материалам ЯТЦ: уран-плутонивый или торий-урановый (на основе урана-233)
3) по нейтронному спектру: тепловые с массивным отражателем/замедлителем из тяжелой воды или гидридов металлов, эпитепловые с графитовым остовом, быстрые.
4) по организации остова: канальные или полостные.
5) по организации ЯТЦ: наработчики (с развитым бланкетом), выжигатели (с оптимизацией спектра и организации зоны деления)

Фторидые топливные смеси более лучше изучены хлоридных, и коррозия во вторидных расплавах основных конструкционных матриалов ЖСР ниже. Однако, для пироэлектрохимического репроцессинга в реалиях РФ гораздо более предпочтителен ЖСР на хлоридных эвтектиках, которые еще более легкоплавкие.

По видимому, отечественные ЖСР будут ориентированы на уран-плутонивый топливный цикл.

Если интересует наработка делящихся материалов в ЖСР, то нужно идти к тепловому или к быстрому спектру.
ЖСР с тепловым спектром более сложны конструкционно, но позволяют эффективно нарабатывать и плутоний и уран-233, также могут выступать как эффективные реакторы для трансмутации.
Быстрые же ЖСР наиболее эффективны как выжигатели высокофонового некондиционного плутония и минорных актинидов.

Канальные ЖСР реакторы более просты в конструкции полостных, но возникают проблемы с временным распуханием остова и сужением каналов. В полостных ЖСР коррозия корпуса и ВКУ более значительная.

В первую очередь для РФ имеет интерес создание среднемощного ЖСР-выжигателя быстрого типа на хлоридных жидкосолевых топливных смесях. Это позволит рассчитывать на энергоэффективную утилизацию накапливаемого америция и малоценного высокофонового плутония.
Позднее, есть смысл озаботиться развитием быстрого ЖСР наработчика урана-233 из ториевого сырья в плутоний-ториевых фторидных жидкосолевых смесях на основе малоценного высокофонового плутония с высокой долей четных изотопов. Это позволит произвести конвертацию ненужного проблемного плутония в уран-233, пригодный для питания ВВЭРов и для поставки смешанного уранового топлива из СОУ или уранового регенерата и урана-233 на экспорт.
Оба типа предложенных ЖСР скорее промышленные реакторы-утилизаторы для размещения на предприятиях переработки ОЯТ и в качестве компонента пристанционного цикла переработки ОЯТ, чем замена обычных энергетических реакторов.

[Didro]

Я бы их рассматривал как альтернативу БН и БРЕСТ.
Собственно из-за лоббирования этих, ЖСР решили вновь отложить.

[Татарин]

Я бы их рассматривал как альтернативу БН и БРЕСТ.
Собственно из-за лоббирования этих, ЖСР решили вновь отложить.

Скорее, БРЕСТ. Вот он конкурирует напрямую.
Такие же большие технические риски, тот же концепт ЗЯТЦ с КВ~1 (большого на ЖСР не достигнуть), тоже пристанционная переработка - уран-238/торий на входе и осколки на выходе.

БН стоИт особняком: это уже имеющаяся, отработанная технология. С недостатками, но зато реальными. С известной стоимостью и т.п.

[VBVB]

Скорее, БРЕСТ. Вот он конкурирует напрямую.
Такие же большие технические риски, тот же концепт ЗЯТЦ с КВ~1 (большого на ЖСР не достигнуть), тоже пристанционная переработка - уран-238/торий на входе и осколки на выходе.

Согласен.

При рассмотрении возможностей ЖСРов технически сложный и дорогой проект БРЕСТ-1200 как утилизатор низкокачественного плутония и актинидных миноров становится избыточным.

БН стоИт особняком: это уже имеющаяся, отработанная технология. С недостатками, но зато реальными. С известной стоимостью и т.п.

Согласен.

Перспектиные ЖСР на ближайшие 20-25 лет точно не конкуренты БНам ни по единичной мощности, ни по циклу топливному, ни по технологичности. Быстрым ЖСРам до уровня нынешней БН-технологии минимум лет 25-30 идти придется.

Однако, как неоднократно прелагал Didro, возможно объединение технологий БН и ЖСР в лице мощной промышленной ЯЭУ с многофункциональным жидкосолевым бланкетом с различной целевой нагрузкой. Хотим в бланкете жидкосолевом такого БНа плутоний энергетического качества нарабатываем, хотим уран-233, или если очень припечет то тритий для разных термоядерных экспериментов в будущем.

Сообщение отредактировал VBVB - 21.1.2016, 17:11

[pappadeux]

Из здешнего цирка новости

The DOE will fund cost-shared research and development activities with industry to support X-energy's Xe-100 Pebble Bed Advanced Reactor and Southern Company Services' Molten Chloride Fast Reactor (MCFR).

...

Southern Company Services, a subsidiary of Southern Company, is developing the MCFR in partnership with TerraPower, Electric Power Research Institute, Vanderbilt University, and Oak Ridge National Laboratory.

тут два примечательных момента:

1. Southern Company (Services) есть чистые эксплуатационщики, никогда разработкой не занимались

2. Я бы ожидал проект на фторидах, он хотя бы есть в Gen IV, и раньше по мелочам поддержиивался. Кто и зачем откопал хлориды?

[Didro]

Скорее, БРЕСТ. Вот он конкурирует напрямую.
Такие же большие технические риски, тот же концепт ЗЯТЦ с КВ~1 (большого на ЖСР не достигнуть), тоже пристанционная переработка - уран-238/торий на входе и осколки на выходе.

БН стоИт особняком: это уже имеющаяся, отработанная технология. С недостатками, но зато реальными. С известной стоимостью и т.п.

КВ~1 - у БРЕСТа в АЗ, у ЖСР только при очень небольшой мощности, когда утечка велика.

Однако, как неоднократно прелагал Didro, возможно объединение технологий БН и ЖСР в лице мощной промышленной ЯЭУ с многофункциональным жидкосолевым бланкетом с различной целевой нагрузкой. Хотим в бланкете жидкосолевом такого БНа плутоний энергетического качества нарабатываем, хотим уран-233, или если очень припечет то тритий для разных термоядерных экспериментов в будущем.

Получим очень универсальную систему, попутно уменьшится на порядок количество отходов конструкционных материалов, в сравнении с обычным бланкетом.

2. Я бы ожидал проект на фторидах, он хотя бы есть в Gen IV, и раньше по мелочам поддержиивался. Кто и зачем откопал хлориды?

Хлориды менее агрессивны, проще в обращении и переработке, температура плавления также ниже.

[Татарин]

КВ~1 - у БРЕСТа в АЗ, у ЖСР только при очень небольшой мощности, когда утечка велика.
...
Хлориды менее агрессивны, проще в обращении и переработке, температура плавления также ниже.

Хлор же относительно хорошо захватывает нейтроны... будем брать изотопно-чистый 37?

[pappadeux]

Хлор же относительно хорошо захватывает нейтроны... будем брать изотопно-чистый 37?

быстрый реактор

и от, в некотором смысле, отца-основателя

http://www.iaea.org/inis/collection/NCLCol...48/13648304.pdf

[Татарин]

быстрый реактор

и от, в некотором смысле, отца-основателя

http://www.iaea.org/inis/collection/NCLCol...48/13648304.pdf

Они на высокий КВ и не претендовали.

[Didro]

Хлор же относительно хорошо захватывает нейтроны... будем брать изотопно-чистый 37?

Ну разделить 35 и 37 изотопы хлора куда проще чем разделять уран, как в силу большего соотношения масс (37/35 против 238/235), так и содержания (24,2% против 0,7%).
Затраты на разделение окупятся снижением расходов на эксплуатации и упрощению оборудования.

[VBVB]

Ну разделить 35 и 37 изотопы хлора куда проще чем разделять уран, как в силу большего соотношения масс (37/35 против 238/235), так и содержания (24,2% против 0,7%).
Затраты на разделение окупятся снижением расходов на эксплуатации и упрощению оборудования.

Согласен.

Разделение изотопов хлора принципиально несложное дело методами жидкофазной тепловой диффузии, центрифужным методом или селективным лазерным возбуждением.

Поэтому если уж очень нужно будет построить эпитепловой жидкосолевик на расплавах NaCl/KCl-UCl3/PuCl3/ThCl4 или NaCl-BeCl2-UCl3/PuCl3/ThCl4, то разделить несколько тонн изотопов хлора не составит большой сложности.

Уж очень интересна для жидкосолевиков с мягким нейтронным спектром низкотемпературная эвтектика BeCl2(50% мол.)–NaCl(50% мол.) с точкой плавления около 215С. Гораздо лучше альтернативных хлоридных эвтектик BeCl2-2KCl (точка плавления около 550C) или BeCl2-3KCl (точка плавления около 400C).
Псевдоэвтектика LiCl-NaCl-2AlCl3 с точкой плавления 105С тоже не менее интересна для специальных проектов ЖСР, но температура кипения её невысока.

Сообщение отредактировал VBVB - 24.1.2016, 18:16

[Didro]

Да и по стоимости хлор даже с учетом разделения врятли окажется дороже фтора.

[LAV48]

И фтор и хлор используются в промышленных масштабах очень давно, не думаю, что их стоимость может как-то влиять на выбор проекта.

[Didro]

И фтор и хлор используются в промышленных масштабах очень давно, не думаю, что их стоимость может как-то влиять на выбор проекта.

Ошибаетесь, фтор значительно агрессивнее, обращение с ним требует значительно больших затрат, как капитальных, так и на эксплуатацию.

[generalissimus19...]

Ошибаетесь, фтор значительно агрессивнее, обращение с ним требует значительно больших затрат, как капитальных, так и на эксплуатацию.

ну, с чистым же фтором никто иметь дела не собирается. А соли-фториды по обращению одного порядка с хлоридами. Например, классический процесс получения алюминия - электролиз раствора оксида алюминия в расплаве фторалюмината натрия (криолита).

[LAV48]

Опередили. Бывал в травильном отделении, для соляной и плавиковой кислот одинаковые рабочие зоны. Да и на сколько помню химию, разница в активности этих веществ не на столько большая. Хотя химические свойства с конструкционными материалами весьма заметно отличаются.

[Didro]

ну, с чистым же фтором никто иметь дела не собирается. А соли-фториды по обращению одного порядка с хлоридами. Например, классический процесс получения алюминия - электролиз раствора оксида алюминия в расплаве фторалюмината натрия (криолита).

Все население в прилегающих на сотни км от люминиевых заводов имеет флюороз.
Кроме всего, переход от фтора к хлору снижает затраты электроэнергии на треть.

В ЖСР жесткий радиолиз, много свободного галогена будет.
А это коррозия, безопасность, плюс затраты при переработке.

[VBVB]

При выборе теплоносителя для проекта отечественного ЖСР нужно ориентироваться на имеющийся задел по технике пиропеработке ОЯТ.

Регенерацию жидкосолевых фторидных топливных смесей можно осуществлять пирохимически трифторидом азота с отгонкой легкокипящих гексафторидов делящихся урана, нептуния и плутония. Но практический опыт фторидной пирохимии в РФ небольшой.

У нас в стране хорошо проработаны аспекты пироэлектрохимического репроцессинга ОЯТ в хлоридных эвтектиках типа 3LiCl-2KCl.
Соответственно, ориентация на хлоридный быстрый ЖСР, работающий на топливных смесях типа (3Li,2K)Cl-UCl3-PuCl3 или (3Li,2K)Cl-ThCl4-PuCl3 для РФ будет предпочтительна.
Для эпитеплового ЖСР потребуется использования обогащенного лития-7, чтобы тритий усиленно не генерировался из лития-6 в процессе работы ЯЭУ.

Если же ориентироваться сразу на отечественный проект теплового ЖСР с хорошими величинами КВ, то тройная низкотемпературная эвтектика BeCl2(50% мол.)–NaCl(25% мол.)-KCl(25% мол.) с точкой плавления около 200С очень интересна в качестве основы жидкосолевой топливной смеси с хорошими НФХ.

Сообщение отредактировал VBVB - 25.1.2016, 0:44

[generalissimus19...]

Соответственно, ориентация на хлоридный быстрый ЖСР, работающий на топливных смесях типа (3Li,2K)Cl-UCl3-PuCl3 или (3Li,2K)Cl-ThCl4-PuCl3 для РФ будет предпочтительна.

А он будет быстрым, при таком количестве лития в расплаве? Литий же не натрий, будет замедлять весьма интенсивно.

Для эпитеплового ЖСР потребуется использования обогащенного лития-7, чтобы тритий усиленно не генерировался из лития-6 в процессе работы ЯЭУ.

Наверно, у военных химиков найдётся , как отход от производства лития-6

Если же ориентироваться сразу на отечественный проект теплового ЖСР с хорошими величинами КВ, то тройная низкотемпературная эвтектика BeCl2(50% мол.)–NaCl(25% мол.)-KCl(25% мол.) с точкой плавления около 200С очень интересна в качестве основы жидкосолевой топливной смеси с хорошими НФХ.

а что будет у такого реактора с реакцией n, 2n? Вообще, с какой скоростью будет расходоваться бериллий в реакторе промышленного масштаба? Он ведь недёшев. Одно дело - что-нибудь околонулевой мощности, да, хоть, 1 МВт, другое - 1000 МВт.

[VBVB]

А он будет быстрым, при таком количестве лития в расплаве? Литий же не натрий, будет замедлять весьма интенсивно.

В классическом сравнении с БНом или свинцовым реактором такой ЖСР будет не сильно быстрым. Но тот же СВБР относят к быстрым реакторам, хотя на промежуточном спектре нейтронов.
Так и в этом случае. Скорее быстрый спектр нейтронов будет, чем эпитепловой.

Наверно, у военных химиков найдётся , как отход от производства лития-6

Так литий-7 как отходы обогащения в СССР в народное хозяйство выбрасывали. Вроде его в СССР специально не складировали, поскольку в отличии от буржуев потребностей в литии-7 для регулирования ВХР ВВЭРов не было.

а что будет у такого реактора с реакцией n, 2n? Вообще, с какой скоростью будет расходоваться бериллий в реакторе промышленного масштаба? Он ведь недёшев. Одно дело - что-нибудь околонулевой мощности, да, хоть, 1 МВт, другое - 1000 МВт.

Непростой вопрос.
Сколько попадалось литературы по бериллий-содержащим топливным смесям для ЖСРа, так этот вопрос там обходили в основном стороной декларируя, что распад бериллия на тепловом спектре ожидается незначительным и трития от 9Be+n->7Li+T ожидается незначительно почти на уровне трития от тройных распадов урана/плутония. Хотя понятно, что интенсивность вышеупомянутой реакции и размножающей нейтроны реакции 9Be+n->2(4He)+2n' сильно отлична (по крайней мере, реакция 9Be(n,2n)4He интенсивнее в разы протекает).

Сообщение отредактировал VBVB - 25.1.2016, 2:32