Ядерная энергетика будущего

[Lieut]

«Козлы» в первую очередь будут возникать конечно не в середине активной зоны, а в теплообменниках. Можно отключить на последние подачу воды, но теплоноситель из первого контура все равно придется гонять.
Да, это техническая проблема и, наверняка, технически решаема. Но из-за нее столько хлопот даже на военных реакторах на высокообогащенном топливе…

PS На АПЛ применяют сплав свинца с висмутом для уменьшения температуры плавления. Но висмут – это источник полония.

[AlexAV]

Но из-за нее столько хлопот даже на военных реакторах на высокообогащенном топливе…

На реакторах АПЛ "Лира" была выбрана крайне неудачная конструкция теплообменников, откуда и пошли все проблемы. По сути просто инженерный просчёт при проектировании.

«Козлы» в первую очередь будут возникать конечно не в середине активной зоны, а в теплообменниках.

Это даже не технический вопрос, а вопрос грамотного теплофизического расчёта. Расход в теплоносителя в парогенераторе должен быть такой, чтобы в простеночной области в теплообменниках температура никогда не опускалась ниже температуры плавления свинца. Путём увеличения расхода теплоносителя этого можно добиться всегда (в общем - чем быстрее прокачиваешь при том же отборе тепла, тем меньше разница температур теплоносителя на входе и выходе, равно как и разницы температур внутри теплообменников).

 

Можно отключить на последние подачу воды, но теплоноситель из первого контура все равно придется гонять.

В общем, да. В реакторе должна поддерживаться циркуляция теплоносителя. Однако, на сколько я понимаю, в БРЕСТЕ минимальный уровень этой циркуляции, достаточный для обеспечения безопасности реактора (исключения как критического перегрева АЗ, так и образования "козлов" в парогенераторе), обеспечивается просто естественной тепловой конвекцией свинца.

Но из-за нее столько хлопот даже на военных реакторах на высокообогащенном топливе…

Ну если мы говорим о теплофизических проблемах - вопрос обогащения тут не так важен. А вот физический размер - куда важнее. Если можно сделать большой теплообменник, с большим сечением труб и при этом не слишком теплонапряжённый - обеспечить безопасность его работы (в том числе и от непредусмотренного застывания свинца в нём), куда проще, чем для компактного и теплонапряжённого. Вероятность, что в трубке теплообменника диаметром 10 мм и снимаемой мощностью 10 кВт/м что-то застынет будет всегда меньше, чем в трубке диаметром 5 мм и снимаемой мощностью 20 кВт/м (цифры условные).  Вот только этот большой нетеплонапряжённый теплообменник на подводной лодке ставить негде, а на промышленной электростанции - избыточный размер оборудования проблема уже не такая большая.

Поэтому как раз наоборот - для наземного реактора не стеснённого требованиями к габаритам указанные проблемы решать проще.

 

[AlexAV]

Если говорить конкретно о Бресте, то выглядеть это должно приблизительно так:



Это реактор бассейнового типа, т.е. есть достаточно большой бассейн с жидким свинцом в который погружены ТВС и прочее оборудование. Парогенератор предполагается погруженного типа, т.е. трубки через которые прокачивается нагреваемая вода, погружаются в ёмкость с жидким свинцом (по сути в тот же бассейн). Сам свинец при этом по тонким трубкам теплообменников не прокачивается, а греет трубки с водой снаружи. Такая конструкция должна быть достаточно устойчива к проблеме затвердевания свинца. В этом, кстати, принципиальное отличие от реакторов АПЛ "Лира", там свинец-висмутовая эвтектика сама прокачивалась через тонкие трубки теплообменника, что и было источником проблем в виде тенденции к закупорки труб из-за затвердевания сплава-теплоносителя, в БРЕСТЕ этого нет.   

[crazy_terraformer]

http://www.atomic-energy.ru/news/2019/11/07/98877

Объединенная судостроительная корпорация (ОСК) работает над идеей создания газовоза на ядерной энергии, который сможет проходить льды, опускаясь под воду, судно сможет перевозить до 180 тысяч тонн сжиженного природного газа (СПГ), рассказал РИА Новости глава корпорации Алексей Рахманов.
"Один из корейских институтов и наше конструкторское бюро "Малахит" презентовали на Дальнем Востоке идею подводного газовоза "Пилигрим", который работает на ядерной энергии. Он будет иметь 360 метров в длину, 70 метров в ширину, и осадку 12 м. Предполагается, что судно сможет перевозить до 180 тысяч тонн СПГ на скорости около 17 узлов. Причем через ледовые районы оно будет проходить в подводном положении, что автоматически снижает требования к конструкции корпуса этого газовоза по сравнению с ледоколами", - рассказал Рахманов.

Энергосистема "Пилигрима" будет включать в себя три атомных реактора "РИТМ-200", а пропульсивный комплекс будет состоять из трёх гребных электродвигателей мощностью по 30 МВт и восьми вспомогательных водомётных движителей. Для хранения СПГ планируется применять системы мембранного типа, добавил он.

По мнению главы ОСК, на фоне вступления в силу с 1 января 2020 года новых требований Международной морской организации (IMO) по снижению содержания серы в судовом топливе, с одной стороны, большим спросом начнут пользоваться суда на СПГ, а с другой – суда на ядерном топливе, имеющие нулевой выброс.

"Это особенно важно для таких районов, например, как Арктика. Уверен, что масштабное освоение Арктического региона и Севморпути возможно только при широком использовании именно атомного флота", - заключил собеседник агентства.

ОСК - крупнейшая судостроительная компания России, создана в 2007 году со 100% акций в федеральной собственности. В холдинг входит около 40 предприятий и организаций отрасли. В настоящее время на базе ОСК консолидирована большая часть отечественного судостроительного комплекса.

Полагаю, что в след за " пилигримом" отправятся и другие "паломники". Т.е. появятся проекты нефтянных подводных танкеров.
На 50 лет им в Аоктике работы хватит?! А после в Антарктику уйдут.

[AlexAV]

PS На АПЛ применяют сплав свинца с висмутом для уменьшения температуры плавления. Но висмут – это источник полония.

Главная проблема с висмутом для промышленного реактора - даже не полоний (он достаточно хорошо удерживается теплоносителем за счёт большого химического сродства полония к свинцу из-за образования полонида свинца). Висмут банально слишком редкий и слишком дорогой. Его во всём мире производится всего 16 тыс. тонн/ год (из них 13 тыс. тонн - Китай), для сравнения серебра в мире производится - 27 тыс. тонн. Что ещё полбеды. Ещё хуже, что в России его производство вообще ничтожно - 45 тонн в год. А ставить свою энергетику в зависимость от стратегического материала, которого у тебя нет (а есть вообще по сути только у одной страны, с которой сегодня отношения хорошие, а завтра?) - в высшей степени неразумно. Это проблема хуже полония.

В общем использование висмут-свинцовой эвтектики - направление которое имеет мало шансов получить развитие именно из-за проблемы дефицита необходимых для него ресурсов (а именно висмута). 

[viesis]

http://www.atomic-energy.ru/news/2019/11/07/98877

Пф, очковтирательство какое то...

[elind]

Это реактор бассейнового типа, т.е. есть достаточно большой бассейн с жидким свинцом в который погружены ТВС и прочее оборудование. Парогенератор предполагается погруженного типа, т.е. трубки через которые прокачивается нагреваемая вода, погружаются в ёмкость с жидким свинцом (по сути в тот же бассейн).

А чем колонный хуже?
Т. е., когда в относительно длинном вертикальном цилиндрическом корпусе реактора стоит тонкостенная труба поменьше диаметром, в нижней части которой - активная зона греет свинец, и тот всплывает вверх, в верхней и верхне-центральной части свинец греет трубки парогенератора, переливается через верх внутренней трубы и идёт вниз по зазору между внутренней трубой и корпусом. Можно даже самотёком, под действием естественной конвекции - а можно и установить в зазоре между корпусом и внутренней трубой МГД-насос или, вообще, кольцо лопаток обычной турбины.

[crazy_terraformer]

http://www.atomic-energy.ru/news/2019/11/07/98877

Пф, очковтирательство какое то...

Ну, не сказал бы, ледоколы-то строят и военные АПЛ.  Линейка ледоколов типа "Арктика" и монстр, который пробивает 4-хметровый лёд"Лидер", с Петропавловска- на-Камчатке в Питер пришёл "Севморпуть"— первый атомный контейнеровоз.
Пока в Арктике и Антарктике будут льды, перевозка подводными танкерами нефти исжиженного газа вполне может быть там окупаема. А может и не только. Зимой и часть весны в Охотском море льда хватает. Можно будет совершать перевозки и с месторождений  аоктического шельфа Канады и Аляски.
Хотя можно вместо танкера можно использовать беспилотную подводную баржу в связке с ледоколом.
Интересно, от чего эти штуки  будут заправляться? Непосредственно от скважины или от хранилища, от хранилища подводного или надводного?

[Lieut]

А чем колонный хуже?
Т. е., когда в относительно длинном вертикальном цилиндрическом корпусе реактора стоит тонкостенная труба поменьше диаметром, в нижней части которой - активная зона греет свинец, и тот всплывает вверх, в верхней и верхне-центральной части свинец греет трубки парогенератора, переливается через верх внутренней трубы и идёт вниз по зазору между внутренней трубой и корпусом. Можно даже самотёком, под действием естественной конвекции - а можно и установить в зазоре между корпусом и внутренней трубой МГД-насос или, вообще, кольцо лопаток обычной турбины.

У свинца довольно большая вязкость. Его прокачивать через трубки - то еще удовольствие. И про самотек забудьте. Будет перегрев внизу и козел вверху.

[библиограф]

У свинца довольно большая вязкость. Его прокачивать через трубки - то еще удовольствие.

Это ещё большой вопрос, как будут работать в расплавленном свинце перекачивающие насосы,
плотность в двадцать раз больше  , чем у натрия

[pkl]

Реактор просто почти всё время на мощности будет, в том числе, вероятно, и при перегрузке ТВС. Полная длительная остановка реактора (кратковременная - не проблема, хватит остаточного тепловыделения) - это скорее форс-мажор. Если такое всё же случится - ну будут медленно отогревать реактор (тоже в общем ничего страшного, только долго).

На подводных лодках отогревали, там для этих целей специальные электронагревательные элементы стояли.

[elind]

У свинца довольно большая вязкость. Его прокачивать через трубки - то еще удовольствие. И про самотек забудьте. Будет перегрев внизу и козел вверху.

А где прокачивание свинца через трубки? Это трубки с водой погружены в свинец, расстояние же между корпусом и большой внутренней трубой - 10-20 сантиметров, вполне достаточно даже для циркуляции самотёком.

[Dem]

Т.е. неизбежность возникновение "козлов" при остановке реактора. Перегрузке топлива и т.д. Реактор надо будет в это время подогревать, одного радиоактивного распада недостаточно.

Ну так на станции не один реактор, от соседнего электричество взять и разогреть. Или даже от ЛЭП.

[библиограф]

Т.е. неизбежность возникновение "козлов" при остановке реактора. Перегрузке топлива и т.д. Реактор надо будет в это время подогревать, одного радиоактивного распада недостаточно.

Думаете, остановили реактор и свинец тут же застыл? Ха-ха!
Это вы под впечатлением рассказов о том, как застывал теплоноситель в реакторе лодки К-27

Работы были достаточно сложными, необходимо было кувалдой и зубилом извлекать застывший среди трубопроводов реактора радиоактивный металл. Сроки работы из-за высокой радиоактивности были ограничены десятью минутами, моряки делали по два-три пятиминутных захода.

Поинтересуйтесь,  сколько тысяч тонн свинца в реакторе БРЕСТ?   
Чтобы расплавить и довести до рабочей температуры теплоноситель при пуске реактора,
надо семь месяцев!

[Lieut]

Поинтересуйтесь,  сколько тысяч тонн свинца в реакторе БРЕСТ?

А где это можно посмотреть? Семь месяцев, я так понял, это не столько из-за большой теплоемкости, а чтобы свинец равномерно прогрелся/расплавился/размешался во всем объеме.

[библиограф]

 А посмотрите на картинку реактора в сообщении 1962, там проставлены размеры, можете
объем свинца оценить сами.

Семь месяцев, я так понял, это не столько из-за большой теплоемкости,

А если бы теплоемкость была маленькой, сроки были бы меньшими!
Максимальная скорость циркуляции теплоносителя в реакторе - порядка метра в секунду,
при работающих насосах равномерное распределение температуры будет достигнуто за несколько
минут.   

[Lieut]

Максимальная скорость циркуляции теплоносителя в реакторе - порядка метра в секунду,
при работающих насосах равномерное распределение температуры будет достигнуто за несколько
минут.   

Это когда свинец уже расплавленный. А речь идет о:

большие энергетические и временные затраты для расплавления и поддержания теплоносителя в жидком состоянии (на разогрев реактора в РУ БРЕСТ-ОД-300 по проекту потребуется 7 месяцев

Загружать свинец в реактор перед запуском планируют то в твердом состоянии.

[библиограф]

 В твердом, а как же иначе?
В виде мелкой дроби , она тоже неплохо течет и заполняет объем!

[MenFrame]

Я все же думаю авторы проекта предусмотрели в проекте возможность затвердевания свинца, иначе бы не строили научнопромышленный реактор такой мощности.

[Skipper_NORTON]

в Беларуси построили АЭС ВВЭР-1200,   с открытым циклом. Я спросил - может ли страна Беларусь сама себе добывать уран для своей же АЭС, и ни от кого не зависеть.  Мне ответили - нет не может, потому что вроде как, нужны рудные месторождения, с концентрацией  не менее 100 ppm - это минимум для открытого цикла,  который по сути и есть на АЭС такого типа - ВВЭР-1200.

 
 
Может кто знает?  Если  ЗЯТЦ не использовать  (или будут какие то проблемы которые помешают),  то на сколько лет человеческой цивилизации,  хватит чисто - урана-235, которого 0,7% в природе, для АЭС  с открытым циклом,  и месторождений с концентрацией  не менее 100 ppm (более бедные будут уже энергетически нерентабельны - больше будет потрачено энергии на извлечение урана-235, чем полученная от него энергия на АЭС)  ? 
При условии что нефть газ и уголь уже закончились.