Атомная энергетика

Проект GFR

Несмотря на присутствие в списке проектов Generation IV , быстрые газовые реакторы не избалованы публикациями. На мировой конференции по быстрому направлению в Киото (2009 год) французы делали упор на ASTRID, реактор с натриевым теплоносителем.

Что до газового направления, то оно не отвергалось, но относилось на неопределённое будущее. Его называли выбором на долгосрочную перспективу и предлагали сделать его общеевропейским проектом со строительством где-нибудь в Европе . Хорошее дело, как известно, соседу просто так не отдадут.

В авторах основного доклада по быстрому газовому направлению на Киото-2009 можно видеть известных французских специалистов - господ Гарнье, Малё, Бертрана, Анзьё и Девиктора. В нём отмечаются следующие основные положения (добавим, что доклад был подготовлен в комиссариате, а не в коммерческой компании).

Комбинация быстрого спектра и гелиевого теплоносителя позволит улучшить экономию нейтронов в активной зоне и обеспечить привлекательный ПЭР меньше доллара по модулю. Исчезает понятие смены фаз - нет необходимости думать об опасностях кипения или перехода теплоносителя в твёрдое состояние. Газовые реакторы открывают хорошие перспективы для диагностики состояния реактора, то есть, простота и качество обслуживания установки возрастут.

Переход на гелий должен помочь экономике быстрых реакторов. Можно поднять к.п.д. блока до 45-48%. Высокая температура рабочего тела на выходе из активной зоны открывает перед газовым реактором новые применения, отличные от производства только электроэнергии.

Быстрая природа газового реактора решает вопросы с топливообеспечением, ОЯТ и, что принципиально для Франции - с младшими актинидами.

Концепция, доложенная в Киото, представляет собой реактор тепловой мощностью 2400 МВт под условным названием GFR. Из основных характеристик нужно выделить следующие.

Предлагаемое топливо - карбид. В пределе, газовый реактор должен работать на смеси (U,Pu,MA)C. Материал оболочек - упрочнённая керамическая композиция SiC. Пластинчатые твэлы такого типа были впервые исследованы в 2007 году, традиционные цилиндрические твэлы - в 2009 году. Номинальной температурой топлива называется 1200-1300°C, а оболочки - до 900-1100°C.

Удельная энергонапряжённость зоны GFR составляет 100 МВт/м3, что стало результатом компромисса между соображениями нейтронного баланса и безопасности. Температуры теплоносителя на входе и выходе из зоны равны 400 и 850°C, соответственно. Давление теплоносителя - 7 МПа. Движение теплоносителя по зоне - снизу вверх. Материал корпуса реактора - сталь 9Cr1Mo.

В киотском докладе мало внимания посвящено описанию собственно проекта. Так, лишь косвенно удаётся понять, что GFR предполагается в трёхпетлевом исполнении. Зато приводится большое число графиков с результатами расчётов различных проектных аварий по коду CATHARE2, из которых следует, что с температурами и давлениями в GFR всё в аварийных ситуациях будет хорошо.

Проекта ALLEGRO доклад касался вскользь. Авторы напомнили, что ALLEGRO образовался на основе проекта ETDR, представляет собой экспериментальный реактор мощностью 50-100 МВт(тепловых!!!) и должен быть спроектирован и построен в неопределённом будущем после 2015 года, возможно, на условиях общеевропейской интеграции.

Неудивительно, что французский доклад по GFR был сдвинут организаторами конференции на одну из сессий. А доклада по карбидному топливу французы не сделали вообще, и единственными, кто как-то пытался заполнить пробел, оказались американцы из Аргоннской национальной лаборатории.

Снова о проекте GFR

Более подробно на технических решениях для GFR останавливается доклад за авторством Анзьё, Стейнсбая и Микитюка, прочитанный на парижском симпозиуме форума Generation IV в сентябре 2009 года. В отличие от киотского доклада, в Париже авторский коллектив был собран из трёх государств - Франции, Великобритании и Швейцарии.

Концепция GFR использует наработки и опыт, полученный из программы по созданию реакторов ВТГР, однако для неё требуется проведение НИР и НИОКР для полного понимания особенностей быстрых газовых реакторов. Из числа проектных требований, не упомянутых в Киото, можно выделить условие высокого КВa - не менее единицы при безбланкетном исполнении (или при очень ограниченном использовании зон воспроизводства).

Плутониевое хозяйство в единичном блоке с GFR не должно превышать 10 тонн на ГВт(эл.), чтобы обеспечить реалистичное развёртывание парка в течение нескольких десятилетий .

Одно из отличий GFR от ВТГР, которое подлежит обоснованию и изучению - отсутствие в быстром реакторе графита.

В реакторе ВТГР графит повышает тепловую инерцию зоны, что позволяет существенно снижать температуры в переходных процессах. У GFR тепловая инерция мала, и от проектантов требуются усилия для борьбы с последствиями этого.

Этим вызваны выбор материалов для топлива и оболочек, организация движения теплоносителя по зоне снизу вверх и умеренные гидравлические сопротивления на всех узлах, задействованных в аварийных сценариях.

По топливу в парижском докладе даётся более развёрнутая, чем в киотском, справка. Рабочая температура топлива - 1000°C. Температура, до которой обеспечивается невыход осколков из матрицы - 1600°C. Предельная температура, от которой возможно безопасное охлаждение активной зоны - 2000°C.

В топливе исходно предусматривается загрузка 1,1% младших актинидов без уточнения их состава (напомним, что по нептунию у французов есть разные точки зрения). Топливо должно быть плотным (MOX не пройдёт!). Коэффициент воспроизводства в активной зоне, как уже было сказано, должен быть равен, как минимум, единице. Средняя глубина выгорания составит 5% в единицах FIMA (fissions per initial metal atoms).