25.11.2021
Самый безопасный атомный реактор
Первый атомный реактор в мире был создан в 1942 году и назывался «Чикагской поленницей» — так его окрестили создатели, группа физиков под руководством Э. Ферми. С тех пор принцип работы атомного реактора видоизменялся и дожил до IV поколения — самого актуального на сегодняшний день.
Зачем нужен атомный реактор сегодня? Атомные электростанции — важнейший источник энергии, особенно когда речь идёт о долгосрочных целях. Проекты АЭС постоянно совершенствуются и развиваются, однако не все они могут быть реализованы — на практике применяются только самые перспективные, то есть учитывается эффективность и — что особенно важно — безопасность атомных реакторов. Поэтому новое поколение АЭС разрабатывается так долго и скрупулёзно, строго с применением системного подхода.
Основные приоритеты в методологии проектов атомных реакторов — безопасность и надёжность, следом идут экономика и управление отходами. Рассмотрим самые конкурентоспособные виды атомных реакторов нового поколения именно по этим критериям принципа работы атомного реактора.
Содержание
1. VHTR
Реактор с очень высокой температурой или просто тепловой реактор. Последнее поколение первых атомных реакторов. Охлаждается он с помощью газа (гелия) и замедляется графитом, пригодным для переработки. На выходе из активной зоны температура такого реактора составит не более 1000 градусов Цельсия.
С помощью реактора можно производить водород для промышленных целей.
Из плюсов — небольшие размеры, так как это модульный реактор, однако при этом у него имеется потенциал высокого выгорания. Также можно отметить дешевизну в обслуживании и пассивную безопасность (абсолютную). Эта технология уже была испытана ранее в газовых реакторах высоких температур, это достаточно безопасная атомная электростанция, но всё-таки базовой потребностью осталось производство водорода, а также материалов и топлива.
2. MSR
Реактор с расплавленной солью.
Строение атомного реактора MSR отлично от других: это единственный из всех имеющихся реактор, который использует жидкий вид топлива, движущийся (циклично) по каналам в активной зоне (материал — графит, играющий роль замедлителя). Особенность это новая, с её помощью обеспечивается основа безопасности, так как устройство работает на низком давлении и твёрдое топливо ему попросту не нужно.
Если сравнивать эту систему с теми, которые нуждаются в твёрдом топливе, можно отметить, что MSR выигрывает за счёт эффективного расхода и при этом низких запасов самих веществ при более высокой отрицательной обратной связи.
Из минусов — необходимость проведения доп исследований именно в области обработки топливной жидкости.
3. SCWCR
Реактор со сверхкритическим водяным охлаждением — это своего рода усовершенствованная версия уже действующего сегодня реактора BWR, то есть работающего на кипящей воде.
По принципу действия атомный реактор высоких температур имеет водяное охлаждение, работает под давлением выше критической точки воды (термодинамически) и гарантирует высокую ЭПЭ (электрическую эффективность).
В среднем преимущество составляет около 10%, по сравнению с действующей моделью.
Как работает атомный реактор на АЭС: турбина приводится в движение напрямую от воды, то есть вторичная паровая система здесь не нужна, и это сильно упрощает конструкцию, снижая затраты почти втрое.
Из минусов — нужны дополнительные исследования в области материалов, а также теплогидравлики, как основной действующей силы.
4. GFR
Быстрый реактор с газовым охлаждением похож на все другие аналогичные реакторы, использующие для охлаждения газы.
Высокотемпературная система по технологии VHTR (аналогичной), прекрасно подходит для производства водорода (промышленного) и выработки электричества.
Эффективность повышена при температуре 850 градусов Цельсия. Однако при этом GFR — это единственная конструкция, у которой нет никакого опыта эксплуатации, поэтому получение безопасной атомной энергии на практике в этом случае под вопросом до момента испытаний.
Также из особенностей этого реактора — его потребности, включающие топливо, материал и термогидравлику, так как внутри (в активной зоне) вся система испытывает на себе высокие температуры и облучение выше среднего.
Имеет свои преимущества, но безопасное использование атомной энергии в этом реакторе всё же под вопросом.
5. SFR
Быстрый реактор с натриевым теплоносителем использует жидкий натрий как теплоноситель.
Благодаря этому у реактора наблюдается высокая удельная мощность, хотя объём невелик и давление довольно низкое. При высокой удельной теплоёмкости натрий хорошо охлаждает и не показывает такой агрессии, как свинцовый материал — это делает атомную электростанцию безопасной.
Тем не менее, есть и минус — химреакция с водой и воздухом, что означает, что реактору нужна дополнительная система охлаждения, причём строго герметичная.
Из плюсов — богатый опыт практической эксплуатации, на сегодняшний день это действительно передовая технология. Есть три варианта по габаритам и мощности — от 50 МВт до 1500 МВт, поэтому масштабы можно оценить даже навскидку.
Работает на быстрый нейтронах и доказано эффективен, однако стоит помнить, что этот реактор не лидер в области безопасности в условиях потери теплоносителя.
6. LFR
Быстрый реактор со свинцовым охлаждением, который способен работать на ториевых или урановых обеднённых матрицах.
Это атомный реактор на быстрых нейтронах. Безопасное использование атомной энергии благодаря охлаждению свинцом, либо свинцово-висмутовой эвтектикой с высокой температурой кипения.
Из плюсов — отсутствии реакции на воду и воздух, а также отличные динамические свойства что относительно нейтронов, что в термодинамике. Чистый свинец дешевле и его легче достать, он менее агрессивен — это преимущества.
Диапазон размеров также широк — от 20 МВт до 1400 МВт, температура колеблется до 800 градусов Цельсия.
Из побочек — образование водорода. Необходимый дополнительные исследования материалов и топлива, но, тем не менее, это один из самых перспективных видов реакторов нового поколения.
Комментарии (0)