МГД-преобразование для реакторов, Почему рассматривалось, но не пошло? Опции

[Татарин]

Как известно, в СССР проводились очень серьёзные работы по МГД-преобразованию для ТЭЦ. Главным затыком была высокая требуемая температура и проблема ионизации рабочего тела (даже с применением щелочных присадок). Соответственно - КПД менее ожидавшегося, запредельные требования к магнитам, износ электродов.

Почему отказались от газового/плазменного МГД в реакторах?
Простые прикидки показывают, что газ как рабочее тело в АЗ реактора будет ионизирован по самое "не могу" даже неравновесно. Мощности дозы в АЗ такие, что "холодная", неравновесная плазма в реакторе по степени ионизации была бы сравнима с равновесной при температурах под 10 кК (чего, ессно, ни один материал не выдержал бы).

При этом такая ионизация в реакторе не только требует никаких усилий, она является неотъемлимым условием работы. Все материалы реактора к ней готовы. Так почему же в реакторах не работают МГД-генераторы?
Ведь это позволило бы поднять КПД при резком снижении стоимости/сложности оборудования и повышении его надёжности.

Насколько я знаю, МГД рассматривался для Ген4.
В чём видится главный затык?

[Didro]

Причины в материалах, а также огромных потребностях в гелии на подпитку утечек.
Также рассматривали МГД на жидком натрии, в принципе для БН резерв поднятия КПД на 10-15%.

[Татарин]

Причины в материалах, а также огромных потребностях в гелии на подпитку утечек.
Также рассматривали МГД на жидком натрии, в принципе для БН резерв поднятия КПД на 10-15%.

А какие проблемы с материалами?
Предполагаем работу при тех же температурах.

Что касается гелия, разве это единственный газ-теплоноситель, рассматривавшийся для реакторов?
Как минимум, СО2 точно был опробован и работал в промышленных масштабах (MAGNOX).

Не говоря уж о воде, которая пар при вполне доступных температурах. С водой работают давно и умеют работать неплохо.

[Didro]

Гелий имеет небольшую вероятность поглощения нейтрона с образованием трития/дейтрия которые при высоких темпеатурах дают с металлам гидриды, причем нелько в АЗ, а по всему контуру, создавая центры напряженности и сокращая на порядок ресурс, а также увеличив утечку самого гелия.
СО2 не применим при температурах в 1000С, т.к. под ионозацией разлагается, закоксовывая (отложения углерода как от химического разложения СО2, так и незначительно через нейтронные реакции последоательно кислород=>азот>углерод) и давая атомарный кислород со всеми вытекающими.
Еще в меньшей степени есть реакции продукта рспада под излучением, угарного газа (СО) с его ракцией при высоких температурах с металлами.
Тоже с водяным паром при высоких температурах.
Т.е. проблемы материалов до конца не решены.
Керамика тут не идет из-за низкой теплопроводности.
Есть проект графитового реактора с перегревом пара для турбин 13МПа/560С, но после РБМК его пока не хотят строить.

Сообщение отредактировал Didro - 25.11.2013, 21:17

[VBVB]

Также рассматривали МГД на жидком натрии, в принципе для БН резерв поднятия КПД на 10-15%.

Есть ощущение, что использование однокомпонентного типа натриевых жидкометаллических МГД-генераторов с температурами характерными для БНов имеющихся вряд ли даст реальный к.п.д. более 10%.
Заметно больший к.п.д. можно получить на двухкомпонентных паро-жидкостных МГД-генераторах (жидкий литий-7 и калиевый пар приемлемые по нейтронно-радиохимическим характеристикам). Однако, для БНов низкотемпературных имеющихся литий и калий все таки придется подогревать индукционно для нормального функционирования паро-жидкостного МГДГ.
Или же придется делать что-то типа перегревательных каналов в БНах специализированных для МГДГ-конегерации.
В принципе, современные вольфрамовые и ниобиевые сплавы позволяют в активной зоне БНов такие каналы для прогрева лития-7 и калия создать.
Другой вопрос в том, сколько лет эксплуатации способны выдержать жидкометаллические и паро-жидкометаллические МГДГ?

Что касается гелия, разве это единственный газ-теплоноситель, рассматривавшийся для реакторов?

Ну еще неон и аргон в качестве газового теплоносителя для некоторых экзотических вариантов космических ЯЭУ.
В принципе, в ходе ядерного деления урана-235 и плутониев в качестве РБГ криптона и ксенона немало генерится, если бы их забирать из твэлов сразу, подогревать высокочастотным разрядом и в МГДГ.

Сообщение отредактировал VBVB - 28.11.2013, 0:47

[Didro]

Клиевый пар требует ещеочень много проработок, с распадом страны все исследования свернуты.
Единственно что в эксперементальной установке было, это именно на жидком натрии с КПД как раз 10%+- 0,2%.
Лучшие характерисики показала евтетика натрий-калий.
Потенциал поднятия рассматривался до 14-15%.
Но и тут все заглохло в 93-94 г., оставшись лишь на 1 кВт петле.
Из инертов рассматривался только гелий и частично аргон, как альтернатива гелию, с значительно худшими характерисиками, начиная от теплосъема и кончая ядерными преобразованиями, но зато самый доступный и дешевый, а также их смеси.

Сообщение отредактировал Didro - 28.11.2013, 4:45

[Stak]

Моя придумка на эту тему)
Использовать в качестве термодинамического рабочего тела СКФ раствор натрия в аммиаке - сжимаем (при сверхкритических параметрах), и имеет высокую проводимость (сольватированне электроны в растворе), что позволяет реализовать цикл брайтона без механически движущихся частей.
В принципе, должно работать, но достижимый температурный диапазон не слишком большой, химия подводит.

патент RU2806344

"Формула изобретения
1. Способ магнитогидродинамического преобразования тепловой энергии в электрическую замкнутого цикла, включающий создание потока рабочего тела, пропускание потока рабочего тела через поле, создаваемое магнитной системой магнитогидродинамического (МГД) генератора и через электроды, находящиеся в поле МГД генератора для снятия электрической мощности, отличающийся тем, что поток рабочего тела создают в замкнутом контуре с обеспечением его циркуляции или акустических колебаний, в качестве рабочего тела применяют раствор щелочного металла в аммиаке или амине, который доводят до состояния сверхкритического флюида.
...."