Высокотемпературный ядерный реактор

Схема сверхвысокотемпературного реактора.

Высокотемпературный ядерный реактор (ВТР, HTR, HTGR) представляет собой прямоточный ядерный реактор поколения IV с графитовым замедлителем. ВГР — это тип высокотемпературного реактора (ВТР), который теоретически может иметь температуру на выходе 1000 °C. Активная зона реактора может быть либо «призматическим блоком» (напоминающим обычную активную зону реактора), либо активной зоной с галечным слоем. Высокие температуры позволяют производить водород с помощью термохимического цикла серо-йод.

Обзор

AVR в Германии.

ВГР — это тип высокотемпературного реактора, в котором теоретически могут достигаться выходные температуры до 1000 °С.

Существует два основных типа ВГР: реакторы с галечным слоем (PBR) и призматические блочные реакторы (PMR). Призматический блочный реактор имеет активную зону призматической блочной конфигурации, в которой гексагональные графитовые блоки уложены друг на друга в цилиндрическом корпусе высокого давления. Конструкция реактора с галечным слоем (PBR) состоит из топлива в форме гальки, уложенных вместе в цилиндрическом корпусе высокого давления. В обоих реакторах топливо может быть уложено в кольцевом пространстве с графитовым центральным шпилем, в зависимости от конструкции и желаемой мощности реактора.

История

Конструкция ВГР была впервые предложена сотрудниками подразделения Power Pile лаборатории Клинтона (известного теперь как Национальная лаборатория Окриджа[1]) в 1947 году[2]. Профессор Рудольф Шультен из Германии также сыграл свою роль в развитии атомной энергетики в 1950-х годах. Питер Фортескью, когда он работал в General Atomic, был руководителем группы, ответственной за начальную разработку высокотемпературного реактора с газовым охлаждением, а также газового реактора на быстрых нейтронах[3].

Реактор Peach Bottom в Соединенных Штатах был первым ВГР, производящим электричество, и очень успешно работал с 1966 по 1974 год в качестве демонстратора технологий. Одним из примеров этой конструкции была генерирующая станция Форт-Сент-Врейн, которая работала как ВГР с 1979 по 1989 год. Хотя у реактора возникли некоторые проблемы, которые привели к его снятию с эксплуатации из-за экономических факторов, он послужил доказательством концепции ВГР в Соединенных Штатах (хотя с тех пор там не было разработано никаких новых коммерческих ВГР)[4]. 

ВГР также разрабатывались в Великобритании (реактор Dragon) и Германии (реактор AVR и THTR-300), а в настоящее время существуют в Японии (высокотемпературный инженерный испытательный реактор с использованием призматического топлива мощностью 30 МВт) и Китае (HTR-10, проект реактора с галечным слоем электрической мощностью 10 МВт). По состоянию на 2019 год два полномасштабных реактора ВГР с галечным слоем HTR-PM, каждый с электрической мощностью 100 МВт, строятся в Китае по состоянию на 2019 год.

Конструкция ядерного реактора

Нейтронный замедлитель

Замедлителем нейтронов является графит, хотя конфигурация активной зоны реактора в виде графитовых призматических блоков или графитовых галек зависит от конструкции ВГР.

Ядерное топливо

Топливо, используемое в ВГР, представляет собой покрытые топливные частицы, такие как частицы топлива TRISO. Топливные частицы с покрытием имеют топливные ядра, обычно сделанные из диоксида урана, однако также возможен карбид урана или оксикарбид урана. Оксикарбид урана объединяет карбид урана с диоксидом урана для уменьшения стехиометрии кислорода. Меньшее количество кислорода может снизить внутреннее давление в частицах TRISO, вызванное образованием монооксида углерода из-за окисления пористого углеродного слоя в частице[5]. Частицы TRISO либо диспергируются в гальке, которая формирует галечный слой, либо формуются в брикеты/стержни, которые затем вставляются в гексагональные графитовые блоки. Концепция топлива QUADRISO[6] разработанная в Аргоннской национальной лаборатории, была использована для лучшего управления избытком реактивности.

Охлаждающая среда

Гелий

Гелий до сих пор использовался в качестве теплоносителя в большинстве ВГР, а пиковая температура и мощность зависят от конструкции реактора. Гелий — инертный газ, поэтому он обычно не вступает в химическую реакцию с какими-либо материалами[7]. Кроме того, воздействие нейтронного излучения на гелий не делает его радиоактивным[8] в отличие от большинства других возможных теплоносителей.

Расплавленная соль

Вариант LS-VHTR, охлаждаемый расплавленной солью, аналогичен конструкции усовершенствованного высокотемпературного реактора (AHTR), в котором для охлаждения в гальке используется жидкая фторидная соль[1]. Он имеет много общих черт со стандартной конструкцией ВГР, но в качестве теплоносителя используется расплав солей вместо гелия. Топливо из гальки плавает в соли, и, таким образом, гранулы впрыскиваются в поток охлаждающей жидкости, которая переносится на дно слоя из гальки, и удаляются из верхней части слоя для рециркуляции. LS-VHTR имеет много привлекательных особенностей, в том числе: способность работать при высоких температурах (точка кипения большинства рассматриваемых расплавленных солей более 1400 °C), работа при низком давлении, высокая удельная мощность, лучший КПД электрического преобразования, чем у ВГР с гелиевым охлаждением, работающего в аналогичных условиях, системы пассивной безопасности и лучшее удержание продуктов деления в случае аварии.

Контроль

В призматических конструкциях регулирующие стержни вставляются в отверстия, вырезанные в графитовых блоках, составляющих сердечник. Реакторы галечного типа управляться так же, как и текущие конструкции модульных реакторов с галечным слоем, если в нём используется сердцевина из гальки, управляющие стержни будут вставлены в окружающий графитовый отражатель. Контроля также можно добиться, добавляя гальку, содержащую поглотители нейтронов.

Проблемы с материалами

Высокая температура, высокая доза нейтронов и, если используется теплоноситель на расплаве солей, коррозионная среда[1] требуют материалов, которые превышают ограничения современных ядерных реакторов. В исследовании реакторов поколения IV (у которых есть множество вариантов, включая высокотемпературные), Мурти и Чарит полагают, что основными кандидатами для использования в ВТР являются материалы, которые имеют высокую стабильность размеров, как под механическим напряжением, так и без него, сохраняют прочность на разрыв, пластичность, сопротивление ползучести при старении и коррозионную стойкость. Некоторые предлагаемые материалы включают суперсплавы на основе никеля, карбида кремния, определённые марки графита, высокохромистые стали и тугоплавкие сплавы[9]. В национальных лабораториях США проводятся исследования того, какие конкретные проблемы необходимо решить в ВТР поколения IV до начала строительства.

Функции безопасности и другие преимущества

Реакторы с гелиевым охлаждением и графитовым замедлителем при определённой оптимизации конструкции имеют ряд преимуществ, связанных с безопасностью. Графит имеет большую тепловую инерцию, а гелиевый хладагент однофазный, инертный и не оказывает влияния на реактивность. Сердечник состоит из графита, обладает высокой теплоемкостью и структурной стабильностью даже при высоких температурах. Топливо покрыто оксикарбидом урана, который обеспечивает высокую эффективность (около 200 ГВт·день/т) и удерживает продукты деления. Высокая средняя температура на выходе из активной зоны ВГР (1000 °C) позволяет производить технологическое тепло без выбросов. Реактор рассчитан на 60 лет службы[10].

  • CAREM
  • Time-dependent neutronics and temperatures
  • High-temperature engineering test reactor
  • List of nuclear reactors
  • Next Generation Nuclear Plant
  • Nuclear reactor physics
  • UHTREX

Примечания

  1. ↑ 1 2 3 Ingersoll, D. (February 2007). "Trade Studies for the Liquid-Salt-Cooled Very High-Temperature Reactor: Fiscal Year 2006 Progress Report" (PDF). Ornl/Tm-2006/140. Oak Ridge National Laboratory. Архивировано из оригинала (PDF) 16 июля 2011. Дата обращения: 20 ноября 2009. {{cite journal}}: |archive-date= / |archive-url= несоответствие временной метки; предлагается 16 июля 2011 (справка)
  2. ↑ McCullough, C. Rodgers (15 сентября 1947). "Summary Report on Design and Development of High Temperature Gas-Cooled Power Pile". Clinton Laboratories (now Oak Ridge National Laboratory). doi:10.2172/4359623. Архивировано 6 февраля 2021. Дата обращения: 7 июня 2021. {{cite journal}}: |archive-date= / |archive-url= несоответствие временной метки; предлагается 6 февраля 2021 (справка); Cite journal требует |journal= (справка)
  3. ↑ Peter Fortescue Dies at 102 | General Atomics. Дата обращения: 7 июня 2021. Архивировано 20 января 2021 года.
  4. ↑ IAEA HTGR Knowledge Base Архивная копия от 6 апреля 2012 на Wayback Machine
  5. ↑ Olander, D. (2009). "Nuclear fuels – Present and future". Journal of Nuclear Materials. 389 (1): 1–22. Bibcode:2009JNuM..389....1O. doi:10.1016/j.jnucmat.2009.01.297. Архивировано 28 октября 2018. Дата обращения: 7 июня 2021. {{cite journal}}: |archive-date= / |archive-url= несоответствие временной метки; предлагается 28 октября 2018 (справка)
  6. ↑ Talamo, Alberto (2010). "A novel concept of QUADRISO particles. Part II: Utilization for excess reactivity control". Nuclear Engineering and Design. 240 (7): 1919–1927. doi:10.1016/j.nucengdes.2010.03.025. Архивировано 4 февраля 2021. Дата обращения: 7 июня 2021. {{cite journal}}: |archive-date= / |archive-url= несоответствие временной метки; предлагается 4 февраля 2021 (справка)
  7. ↑ High temperature gas cool reactor technology development 61. IAEA (15 ноября 1996). Дата обращения: 8 мая 2009. Архивировано 9 марта 2012 года.
  8. ↑ Thermal performance and flow instabilities in a multi-channel, helium-cooled, porous metal divertor module. Inist. Дата обращения: 8 мая 2009. Архивировано 30 января 2012 года.
  9. ↑ Murty, K.L. (2008). "Structural materials for Gen-IV nuclear reactors: Challenges and opportunities". Journal of Nuclear Materials. 383 (1–2): 189–195. Bibcode:2008JNuM..383..189M. doi:10.1016/j.jnucmat.2008.08.044.
  10. ↑ http://www.uxc.com/smr/Library/Design%20Specific/HTR-PM/Papers/2006%20-%20Design%20aspects%20of%20the%20Chinese%20modular%20HTR-PM.pdf Архивная копия от 9 августа 2017 на Wayback Machine Page 489, Table 2. Quote: Designed operational life time (year) 60

 

Ссылки

Read other articles:

Arawak

Group of indigenous peoples of South America and of the Caribbean For other uses, see Arawak (disambiguation). ArawakArawak woman, by John Gabriel StedmanRegions with significant populationsSouth America, CaribbeanLanguagesArawak, Arawakan languages, Taino, Caribbean English, Caribbean Spanish, Creole languagesReligionNative American religion, Christianity The Arawak are a group of indigenous peoples of northern South America and of the Caribbean. Specifically, the term Arawak has been applie...

 

Fasciola hepatica

Fasciola hepatica Rekaman PenyakitFasiolosis TaksonomiKerajaanAnimaliaFilumPlatyhelminthesKelasTrematodaOrdoPlagiorchiidaFamiliFasciolidaeGenusFasciolaSpesiesFasciola hepatica Linnaeus, 1758 Distribusi lbs Fasciola hepatica atau disebut juga Cacing hati adalah anggota dari Trematoda (Platyhelminthes).[1] Cacing hati mempunyai ukuran panjang 2,5–3 cm dan lebar 1 - 1,5 cm. Pada bagian depan terdapat mulut meruncing yang dikelilingi oleh alat pengisap, dan ada sebuah alat pen...

 

Territorio del Nebraska

Territorio del NebraskaInformazioni generaliCapoluogoOmaha Evoluzione storicaInizio1854 Fine1867 Causacreazione dello Stato del Nebraska Il Territorio del Nebraska era un territorio degli Stati Uniti esistito dal 30 maggio 1854 al 1 marzo 1867, quando il territorio fu ammesso nell'Unione come Stato del Nebraska. Il territorio del Nebraska fu creato dalla legge Kansas-Nebraska Act del 1854. La capitale territoriale era Omaha. Il territorio comprendeva aree dell'odierno Nebraska, Wyoming, Dakot...

Jean-Luc Dehaene

Prime Minister of Belgium from 1992 until 1999 Jean-Luc DehaeneDehaene in 2009Prime Minister of BelgiumIn office7 March 1992 – 12 July 1999MonarchsBaudouinAlbert IIPreceded byWilfried MartensSucceeded byGuy Verhofstadt Personal detailsBornJean Luc Joseph Marie Dehaene(1940-08-07)7 August 1940Montpellier, FranceDied15 May 2014(2014-05-15) (aged 73)Quimper, FrancePolitical partyChristian Democratic and Flemish (CD&V)SpouseCelie VerbekeChildren4Signature Jean Luc Joseph Marie...

 

Srirangam railway station

SrirangamIndian Railways stationGeneral informationLocationTiruchchirapalli, Tamil NaduIndiaElevation71 metres (233 ft)Owned byIndian RailwaysOperated bySouthern RailwayPlatforms4Tracks4ConstructionStructure typeStandard (on-ground station)ParkingYesBicycle facilitiesNoOther informationStatusActiveStation codeSRGM Zone(s) Southern Railway Division(s) TiruchirappalliHistoryElectrifiedYesLocationSrirangamLocation within IndiaShow map of IndiaSrirangamSrirangam (Tamil Nadu)Show map of Tami...

 

羅德島州

本條目存在以下問題，請協助改善本條目或在討論頁針對議題發表看法。 此條目需要擴充。 (2013年1月1日)请協助改善这篇條目，更進一步的信息可能會在討論頁或扩充请求中找到。请在擴充條目後將此模板移除。 此條目需要补充更多来源。 (2013年1月1日)请协助補充多方面可靠来源以改善这篇条目，无法查证的内容可能會因為异议提出而被移除。致使用者：请搜索一下条目的...

Vladislav Zlatinov

Bulgarian footballer Vladislav Zlatinov Zlatinov playing for Beroe in 2010Personal informationFull name Vladislav Hristov ZlatinovDate of birth (1983-03-23) 23 March 1983 (age 41)Place of birth Sandanski, BulgariaHeight 1.82 m (6 ft 0 in)Position(s) ForwardTeam informationCurrent team Septemvri SimitliNumber 9Youth career Vihren CSKA SofiaSenior career*Years Team Apps (Gls)2002–2003 Vihren 19 (7)2003–2005 Pirin Blagoevgrad 53 (35)2005–2008 Lokomotiv Plovdiv 58 (10)20...

 

Catholic Encyclopedia

English-language encyclopedia Not to be confused with New Catholic Encyclopedia. Catholic Encyclopedia Cover of the 1913 Catholic Encyclopedia, Volume 1PublisherRobert Appleton CompanyPublication date1907Pages860Followed byNew Catholic Encyclopedia TextCatholic Encyclopedia at Wikisource The Catholic Encyclopedia: An International Work of Reference on the Constitution, Doctrine, Discipline, and History of the Catholic Church,[1] also referred to as the Old Catholic Encyclope...

 

سنترال (كارولاينا الجنوبية)

  لمعانٍ أخرى، طالع سنترال (توضيح). سنترال     الإحداثيات 34°43′26″N 82°46′47″W / 34.723888888889°N 82.779722222222°W / 34.723888888889; -82.779722222222   [1] تاريخ التأسيس 1875  تقسيم إداري  البلد الولايات المتحدة[2]  التقسيم الأعلى مقاطعة بيكنز  خصائص جغرافية  المسا�...

Fritz Weaver

American actor (1926–2016) Not to be confused with Fritz Wepper. Fritz WeaverBornFritz William Weaver(1926-01-19)January 19, 1926Pittsburgh, Pennsylvania, U.S.DiedNovember 26, 2016(2016-11-26) (aged 90)New York City, U.S.Alma materPeabody High SchoolOccupation(s)Actor, voice artistYears active1956–2016Spouses Sylvia Short ​ ​(m. 1953; div. 1979)​; 2 children Rochelle Oliver ​ ​(m. 1997⁠–&#...

 

Anhangueridae

Anhangueridae Periode Kapur Awal-Kapur Akhir, 140–92.5 jtyl PreЄ Є O S D C P T J K Pg N Anhangueridae Kerangka Anhanguera santanaeTaksonomiFilumChordataKelasReptiliaOrdoPterosauriaSuperfamiliOrnithocheiroideaFamiliAnhangueridae Campos dan Kellner Subkelompok †Anhanguerinae †Anhanguera †Araripesaurus? †Arthurdactylus? †Brasileodactylus? †Caulkicephalus? †Cearadactylus? †Guidraco? †Liaoningopterus †Ludodactylus? †Maaradactylus †Santanadactylus?[1] †Col...

 

كأس الاتحاد الإنجليزي 1894–95

كأس الاتحاد الإنجليزي 1894–95 تفاصيل الموسم كأس الاتحاد الإنجليزي  النسخة 24  البلد المملكة المتحدة  التاريخ بداية:6 أكتوبر 1894  نهاية:20 أبريل 1895  المنظم الاتحاد الإنجليزي لكرة القدم  البطل أستون فيلا  مباريات ملعوبة 33   عدد المشاركين 32   كأس الاتحاد الإن�...

Wait-for graph

This article has multiple issues. Please help improve it or discuss these issues on the talk page. (Learn how and when to remove these template messages) This article relies largely or entirely on a single source. Relevant discussion may be found on the talk page. Please help improve this article by introducing citations to additional sources.Find sources: Wait-for graph – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (May 2023) Some of this article's li...

 

Stefania Craxi

Cet article est une ébauche concernant une femme politique italienne. Vous pouvez partager vos connaissances en l’améliorant (comment ?) selon les recommandations des projets correspondants. Pour les articles homonymes, voir Craxi. Stefania CraxiStefania Craxi en 2008.FonctionsSénatrice italienneXVIIIe législature de la République italienne14 mars 2018 - 12 octobre 2022Députée de la République italienneXVIe législature de la République italienne22 avril 2008 - 14 mars 2013D�...

 

Château Montebello

Fairmont Le Château MontebelloLocation within QuebecFormer namesSeigniory Club;Château MontebelloGeneral informationArchitectural styleScandinavian log styleAddress392 rue Notre-Dame,Montebello, Quebec, Canada,JOV 1LOCoordinates45°38′42″N 74°57′00″W / 45.645°N 74.95°W / 45.645; -74.95Opening1 July 1930OwnerEvergrande GroupManagementFairmont Hotels and ResortsDesign and constructionMain contractorVictor NymarkOther informationNumber of rooms211Number of su...

Ghanada

Fictional character Fictional character GhanadaGhanada characterArt by Ajit GuptaFirst appearanceMosha (The Mosquito) (1945)Last appearanceGhanada Samagra 3 (2014)Created byPremendra MitraIn-universe informationFull nameGhanashyam DasNicknames Ghana Ghanta Dos Das Occupation Storytelling Adventurer Relatives Bachanram Das (16th gen.) Ghanaram Das (22nd gen.) ReligionHinduNationalityIndianAge35 - 55ResidenceMess-bari at 72, Banamali Naskar Lane, Behala, Calcutta, West Bengal, IndiaFriends Shib...

 

Endoscopy

Procedure used in medicine to look inside the body For the notion in mathematics, see Endoscopic group. This article needs additional citations for verification. Please help improve this article by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed.Find sources: Endoscopy – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (January 2016) (Learn how and when to remove this message) EndoscopyAn example of an endoscopic proce...

 

Jan Porcellis

Jan PorcellisLahir1580/1584GhentMeninggal29 Januari 1632ZoeterwoudeKebangsaanBelandaDikenal atasSeni lukisGerakan politikSeni kelautanJan Porcellis (1580/84 Ghent – 29 Januari 1632 Zoeterwoude)[1] adalah seniman kelautan asal Belanda pada abad ketujuh belas. Karya-karyanya dimulai dari penerapan gaya baru subjek dalam lukisan laut yang berfokus pada langit mendung dan perairan yang ganas. Awal mula karya sebelumnya berfokus pada kemegahan kapal dalam latar belakang sejarah.[2&#...

Xinzhou

For other uses, see Xinzhou (disambiguation). Not to be confused with Qinzhou. Prefecture-level city in Shanxi, People's Republic of ChinaXinzhou 忻州市Prefecture-level cityFoguang Temple in Wutai CountyLocation of Xinzhou City jurisdiction in ShanxiXinzhouLocation of the city centre in ShanxiCoordinates (Xinzhou Municipal Government): 38°24′58″N 112°44′02″E / 38.416°N 112.734°E / 38.416; 112.734CountryPeople's Republic of ChinaProvinceShanxiCounty-l...

 

Fairview, Dublin

Northern suburb of Dublin, Ireland Suburb in Leinster, IrelandFairview FionnradharcSuburbFairview pictured from a pedestrian bridge, with Fairview Park to the leftFairviewLocation in IrelandCoordinates: 53°21′54″N 6°13′48″W / 53.365°N 6.23°W / 53.365; -6.23CountryIrelandProvinceLeinsterCountyDublinLocal authorityDublin City CouncilElevation4 m (13 ft)Time zoneUTC+0 (WET) • Summer (DST)UTC-1 (IST (WEST)) Fairview (Irish: Fionnradharc)&#...