ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ
ВАНТ. Серия: Ядерно-реакторные константы

Расширенное продолжение серии: Ядерные константы c 1971 года

English (UK)

ISSN 2414-1038 (online)

КОНЦЕПЦИЯ АЭС МАЛОЙ МОЩНОСТИ С ТЕРМОЭМИССИОННЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ, ВЫНЕСЕННЫМИ ИЗ АКТИВНОЙ ЗОНЫ

EDN: CMNGUP

Авторы

Грибачёва В.А., Кухарчук О.Ф., Фокина О.Г., Щербаков С.И.

Организация

АО «Государственный научный центр Российской Федерации – Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского», Обнинск, Россия

Грибачёва В.А. – инженер-исследователь.
Кухарчук О.Ф. – начальник отделения прикладной физики, доктор физико-математических наук, доцент.
Фокина О.Г. – главный специалист.
Щербаков С.И. – старший научный сотрудник. Контакты: 249033, Калужская обл., Обнинск, пл. Бондаренко, 1. Тел.: (484) 399-84-43; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в браузере должен быть включен Javascript..

Аннотация

В работе предложена концепция автономной АЭС малой мощности (тепловая мощность 1 МВт) с термоэмиссионным преобразованием энергии для удалённых регионов. С целью увеличения ресурса, для исключения радиационного повреждения электрогенерирующих каналов (ЭГК), каналы вынесены из активной зоны и тепло от активной зоны к каналам переносится с помощью теплоносителя при высокой температуре (1500 °С). В связи с этим возникает совокупность проблем, рассмотрению которых посвящена работа. Выбрана интегральная компоновка реактора с естественной циркуляцией теплоносителя. Используемые конструкционные материалы – ниобий и графит, теплоноситель – литий. Охлаждение анодов ЭГК (при температуре ~ 300 °С) осуществляется естественной циркуляцией лития с помощью труб Фильда, замкнутых на промежуточный бак. Обоснована конфигурация активной зоны (диаметр 585 мм, высота 600 мм) с боковым отражателем (графит толщиной 200 мм) и поворотными органами управления. Твэлы диаметром 13 мм, карбонитридное уран-циркониевое топливо с обогащением 19,75 % по 235U, загрузка 1,088 т, кампания 10 лет. Предложено охлаждение реактора осуществлять с помощью высокотемпературных воздушных теплообменников (Т > 250 °С). Такой подход позволяет существенно уменьшить весогабаритные параметры АЭС без снижения эффективности преобразования энергии в ЭГК. Литиевый контур естественной циркуляции воздушных теплообменников включает пространство промежуточного бака системы охлаждения труб Фильда. Для защиты окружающей среды предложена теплоизоляция реактора слоем песка (ZrO2). Теплоизоляция дополнительно охлаждается естественной циркуляцией воздуха через размещённую в объёме систему труб. Численными расчётными исследованиями показана возможность осуществления естественной циркуляции при незначительной разности температур в контуре передачи тепла от а. з. к ЭГК внутри бака реактора, в контурах передачи тепла от анодов ЭГК к воздушным теплообменникам и в котурах воздушного охлаждения теплоизоляции. Охлаждение воздушных теплообменников осуществляется принудительно с помощью вентиляторов, расход воздуха ~ 5 м3/с. Проведена оптимизация геометрии элементов оборудования с целью сокращения размеров установки. Размеры бака реактора составляют – диаметр 1,1 м, высота 2 м, объём теплообменников 3 м3, габаритная высота всей установки 11 м. Для размещения АЭС требуется котлован диаметром 7 м и глубиной 10–15 м. Всё оборудование АЭС может быть размещено под землёй, кроме вентиляторов и выходной трубы для горячего воздуха.

Ключевые слова

АЭС малой мощности, высокотемпературный ядерный реактор, литий, термоэмиссионное преобразование, электрогенерирующий канал, теплоизоляция от грунта, воздушный теплообменник, численные расчёты

Полная версия статьи (PDF)

Список литературы

УДК 621.039.534

Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2022, № 3, c. 93–109