| BN-600 | |
|---|---|
| Belojarskin ydinvoimalaitos (se oli ensimmäinen maailmassa, jossa oli nopeisiin neutroneihin perustuva teollisen mittakaavan voimayksikkö ) | |
| Reaktorin tyyppi | Nopeilla neutroneilla |
| Reaktorin käyttötarkoitus | Energiateollisuus |
| Tekniset tiedot | |
| jäähdytysnestettä | Natrium |
| Polttoaine | erittäin rikastettu 235 U , MOX |
| Lämpövoima | 1470 MW |
| Sähkövoima | 600 MW |
| Kehitys | |
| Tieteellinen osa | Liittovaltion yhtenäinen yritys SSC RF IPPE |
| Yritys-kehittäjä | JSC SPbAEP |
| Rakentaja | OKBM niitä. Afrikantova |
| Rakentaminen ja käyttö | |
| alkaa | huhtikuuta 1980 |
| hyväksikäyttö | Vuodesta 1980 |
| Reaktorit rakennettu | yksi |
BN-600 on natriumjäähdytteinen nopea neutronivoimareaktori , joka otettiin käyttöön huhtikuussa 1980 Belojarskin ydinvoimalaitoksen 3. voimalaitoksessa Sverdlovskin alueella lähellä Zarechnyn kaupunkia . Sähköteho - 600 MW . Siitä hetkestä lähtien, kun Phoenix-reaktori suljettiin Ranskassa vuonna 2009 ja siihen asti, kun BN-800- reaktori käynnistettiin Belojarskin ydinvoimalassa 10. joulukuuta 2015, BN-600 oli ainoa toimiva nopea neutronivoimareaktori maailmassa.
Voimayksikön rakentaminen (Belojarskin ydinvoimalan toinen vaihe) aloitettiin vuonna 1968 [1] . Joulukuun 1979 lopussa neutronien lähtölähde sijoitettiin BN-600-reaktoriin ja ydinpolttoaineen kokoonpanoja alettiin ladata. 26. helmikuuta 1980 klo 18. 26 min. vaadittu polttoaineen kriittinen massa saavutettiin ja ensimmäistä kertaa sen "elämässä" alkoi ydinketjureaktio BN-600-reaktorissa - reaktorin fyysinen käynnistys tapahtui. Seuraava vaihe oli voimankäynnistys - 8. huhtikuuta 1980 BN-600-reaktorin voimayksikkö toimitti ensimmäiset kilowattitunnit Sverdlovskin energiajärjestelmään.
Vuonna 2015 reaktorissa testataan uraani-plutoniumpolttoainetta [2] .
Nopeiden neutronien ydinreaktorien tärkein etu on, että ne antavat mahdollisuuden käyttää lämpöneutronireaktoreissa halkeamattomien raskaiden alkuaineiden isotooppeja . Polttoainekiertoon voi liittyä 238 U:n ja 232 Th:n varantoja , jotka ovat luonteeltaan paljon suurempia kuin 235 U , joka on termisten neutronireaktorien pääpolttoaine . Mukaan lukien ns. köyhdytetty uraani , joka jää jäljelle ydinpolttoaineen 235 U rikastamisen jälkeen , voidaan myös käyttää .
Nopeat neutronireaktorit tarjoavat todellisen mahdollisuuden ydinpolttoaineen lisääntyneeseen tuotantoon. Tämä tarkoittaa, että esimerkiksi 100 halkeavaa polttoaineydintä nopeissa neutronireaktoreissa muodostuu noin 120-140 uutta fissiokykyistä ydintä.
Nopeiden neutronireaktorien (FN) ytimet (AZ) ovat melko erilaisia kuin lämpöneutronireaktorien ytimet .
Taloudellisesti tarpeellisen uraani-plutoniumpolttoaineen keskimääräisen palamissyvyyden BN:ssä tulisi olla 100–150 MW vrk/kg eli 2,5–3 kertaa suurempi kuin termisissä neutronireaktoreissa polttoaineen BN korkean hinnan vuoksi. Määritellyn palamissyvyyden saavuttamiseksi polttoaine-elementin (TVEL) ja polttoainenipun (FA) FN korkea säteilyvastus, geometristen parametrien tarvittava stabiilisuus, polttoaineen kuoren tiiviyden ja plastisuuden säilyminen, yhteensopivuus fissiotuotteiden kanssa ja vaaditaan kestävyyttä jäähdytysnesteen syövyttävälle vaikutukselle jne. BN-ydintä ympäröivät säteen ja aksiaalisuunnassa lisääntymisvyöhykkeet (suojat), jotka on täytetty kasvatusmateriaalilla - köyhdytetyllä uraanilla, joka sisältää 99,7-99,8% 238 U.
Uraani-plutoniumpolttoaineen käytön pääpiirre BN:ssä on, että sen ytimessä nopeiden neutronien aiheuttamaan ydinfissioprosessiin liittyy suurempi (20–27 %) sekundäärineutronien saanto kuin termisissä neutronireaktoreissa. Tämä luo perusedellytyksen korkean jalostussuhteen arvon saavuttamiselle ja mahdollistaa ydinpolttoaineen lisääntyneen jalostuksen jalostusreaktoreissa.
Natriumin käyttö jäähdytysnesteenä edellyttää seuraavien ongelmien ratkaisemista:
Nopeiden reaktorien stabiilisuus riippuu alla luetelluista parametreista:
Siirtymistä BN:llä varustettujen ydinvoimaloiden sarjarakentamiseen vaikeuttavat monet teknologiset prosessit, joita ei ole kehitetty teollisessa mittakaavassa, ja ratkaisemattomat kysymykset ydinpolttoainekierron (NFC) optimaalisesta organisoinnista, jonka pitäisi perustua plutoniumiin ja joka voi vain suljetaan erittäin lyhyellä (jopa 1 vuosi) ulkoisella kiertoajalla (käytetyn polttoaineen kemiallinen jälleenkäsittely ja tuoreen polttoaineen kauko-ohjattu tuotanto).
Tällä hetkellä erityisinvestoinnit nopeiden neutronien ydinvoimaloihin ovat merkittävästi (1,5–2 kertaa) suuremmat kuin erityisinvestoinnit lämpöneutronireaktoreilla varustetuissa ydinvoimalaitoksissa. Maailman toistaiseksi vauras tilanne suhteellisen halvan uraanin varoineen rajoittaa myös BN:n kehitystä.
Suurin osa Belojarskin ydinvoimalaitoksen voimayksikön nro 3 laitteista sijaitsee erillisessä rakennuksessa, jonka pituus on 156 m ja leveys 117 m. Rakennus on jaettu:
Reaktoriosasto on monoliittisesta teräsbetonista, loput esivalmistetusta teräsbetonista.
Reaktorilaitoksen layout on kiinteä (säiliötyyppinen): sydän, pumput, välilämmönvaihtimet ja biologinen suojaus sijaitsevat reaktorin paineastiassa. Tällaista suuren ydinvoimalan järjestelyä käytettiin Neuvostoliitossa ensimmäistä kertaa [1] . Primäärijäähdytysneste liikkuu reaktoriastian sisällä kolmea yhdensuuntaista silmukkaa, joista jokaisessa on kaksi lämmönvaihdinta ja kaksiimuinen upotettava keskipakokiertopumppu . Pumput on varustettu takaiskuventtiileillä . Natriumin kierto välipiirin kussakin silmukassa suoritetaan upotettavalla keskipakopumpulla, jossa on yksisuuntainen imu [1] .
Sydän ja kasvatusvyöhyke on asennettu sylinterimäiseen painekammioon, jossa jäähdytysaineen virtaus jakautuu polttoainenippujen kesken niiden lämmön vapautumisen mukaan. Natriumjäähdytysnesteen nimellinen virtausnopeus painekammion läpi on 25 000 tonnia tunnissa ), natriumin tilavuus primääripiirissä on 820 m 3 , lämpötila painekammion sisääntulossa on 380 °C, ulostulossa 550 °. C. Natriumin virtausnopeus toisen piirin läpi on 7300 tonnia tunnissa , tilavuus toisessa piirissä on 960 m 3 , lämpötila lämmönvaihtimen sisääntulossa on 320 °C, ulostulossa 520 °C [1] .
Päässä ja kehällä olevaa aktiivista vyöhykettä ympäröivät näytöt - toistoalue. Sen päissä muodostaa köyhdytetty uraani sydämen polttoaine-elementtien ylä- ja alaosissa. Painekammion kehällä kasvatusvyöhyke koostuu 380 polttoainenipusta (FA). Jokainen lisääntymisvyöhykkeen polttoainenippu (FA ZV) sisältää 37 polttoainesauvaa (polttoaine-elementtiä) - zirkoniumputkea, joiden ulkohalkaisija on 14,2 mm, täytettynä köyhdytetystä uraanidioksidista valmistetuilla lohkoilla ja holkeilla. Tässä tapauksessa toistovyöhyke on jaettu sisäiseen (ympäröi kokonaan ytimen kehällä 2...3 FA FA:n kerroksella) ja ulkoiseen (kerros kehää pitkin 0 - 3 FA FA) [1] .
Sydämen halkaisija on 2,06 m ja korkeus 0,75 m, se on paljon pienempi kuin vastaavan tehoiset lämpöneutronireaktorit. Sydämessä ja lisääntymisalueella vapautuva lämpöteho käyttötilassa on 1470 MW, neutronivuo ytimessä saavuttaa arvon 1·10 16 cm −2 s −1 . Sydän ja sen kanssa koaksiaaliset säätösauvojen pylväs siirtyvät painekammion (ja reaktorin paineastian) akseliin nähden jompaankumpaan reunaan, minkä seurauksena ulompi lisääntymisvyöhyke ei peitä sisäistä epäpuhtautta kokonaan. , joka yhdestä reunasta tulee kosketukseen painekammion seinämän kanssa; painekammion vastakkaisessa seinässä on tilaa polttoainenippujen varastointiin, mikä sulkee toistoalueen puoliympyrään. Käytetty polttoainenippu sijoitetaan loppusijoitustilaan ennen siirtämistä käytetyn polttoaineen altaaseen [1] .
Polttoainenippuja ytimessä on 371, uraanipolttoaineen kokonaismassa niissä on 8,5 tonnia. Jokainen sydämen polttoainenippu sisältää 127 polttoainesauvaa, joiden ulkohalkaisija on 6,9 mm ja jotka on täytetty rikastetusta uraanidioksidista (tai uraanidioksidin ja plutoniumdioksidin seoksesta - MOX-polttoaineesta ) valmistetuilla holkeilla. Uraanin rikastus sydämen polttoaine-elementeissä on erilainen: 21 % uraani-235 matalarikastusvyöhykkeellä (ytimen keskellä, 208 polttoainenippua) ja 33 % korkean rikastuksen vyöhykkeellä (reunoilla) sydämestä 163 polttoainenippua, 2 ... 3 nippua paksu kerros) tasaamaan lämmön vapautumista ja palamista sydämen tilavuuden yli. Sydämen polttoainesauvojen ylä- ja alaosassa on köyhdytetyn uraanin lohkoja, jotka muodostavat lisääntymisvyöhykkeen päät [1] .
Reaktoria ohjataan 27 CPS-sauvalla (ohjaus- ja suojajärjestelmät), jotka sisältävät 6 automaattista ohjaussauvaa, 2 hätäsuojasauvaa ja 19 kompensointisauvaa [1] .
Kaikissa polttoainenippuissa (sekä sydän- että kasvuvyöhykkeessä) sekä ohjaussauvojen kanavissa on kuusikulmainen avaimet käteen -periaatteella 96 mm. Polttoainenipun alaosa (häntä) menee painesarjan liitäntään. Vuorauksessa ja painesarjassa olevien kuristuslaitteiden avulla säädellään natriumin virtausta FA:n läpi. Painekammion natriumtason yläpuolella olevat ontelot täytetään argonilla [1] .
Reaktoriastia on lieriömäinen säiliö, jossa on elliptinen pohja ja kartiomainen yläosa. Kotelon halkaisija 12,8 m, korkeus 12,6 m. Materiaali - lämmönkestävä ruostumaton teräs 12X18H9. Reaktorin kokonaismassa natriumjäähdytyksellä on 4400 tonnia. Kotelo kiinnitetään perustuksen rullalaakereihin tukirenkaan kautta. Astian sisään on sijoitettu laatikon muotoinen metallirakenne - tukihihna, johon on kiinnitetty painekammio aktiivisella vyöhykkeellä, lisääntymisvyöhykkeellä ja polttoainenippuvarastolla sekä sisäinen biologinen suojaus [1] .
Kolme ensiöpiirin pumppua ja kuusi välilämmönvaihdinta on asennettu sylinterimäisiin kuoriin, jotka on asennettu tukipaarteeseen. Kotelon yläosassa on kuusi reikää lämmönvaihtimien asentamista varten ja kolme reikää pumppuja varten. Lämmönvaihtimien ja pumppujen vaipan sekä kotelon ja turvakotelon väliset lämpötilaliikkeiden erot kompensoidaan paljekompensaattoreilla . Säiliön seinät pakkojäähdytetään painekammiosta tulevalla "kylmällä" natriumilla. Biologinen suoja koostuu lieriömäisistä terässeuloista, teräsaihioista ja putkista, joissa on grafiittitäyte. Reaktorin säiliö on suljettu turvakoteloon. Kotelon yläosa toimii tukena kääntötulpalle ja kääntöpilarille, jotka ohjaavat polttoainenipun uudelleenlatausmekanismia. Samalla kääntötulppa ja kääntyvä pylväs toimivat biologisena suojana.
Primääripiirin natrium liikkuu aktiivisen alueen läpi alhaalta ylöspäin ja natrium-natriumlämmönvaihtimessa ylhäältä alas rengasmaista tilaa pitkin. Toisiopiirin natrium kulkee natrium-natriumlämmönvaihtimen putkien läpi vastavirralla alhaalta ylös. Toisessa piirissä ylläpidetään korkeampaa painetta (8,5 atm) kuin ensimmäisessä, mikä estää radioaktiivisen natriumin vuotamisen ensimmäisestä piiristä toiseen [1] .
Polttoainekokoonpanot ladataan ja puretaan mekanismeilla, jotka sisältävät: kaksi uudelleenlatausmekanismia, jotka on asennettu pyörivään pylvääseen; kaksi hissiä (lastaus ja purku); pyörivä voimansiirtomekanismi, sijoitettu suljettuun laatikkoon [1] .
Reaktori sijaitsee betonikuilussa, jonka halkaisija on 15 m.
BN-600:n höyrygeneraattori on epätavallinen: se koostuu 24 osasta (8 kutakin silmukkaa kohti). Jokainen osa sisältää 3 pystysuoraa lämmönvaihdinmoduulia. Yhteensä koko tehoyksikölle - 72 moduulia. Tämä ratkaisu valittiin voimayksikön ainutlaatuisuuden vuoksi. Suunnittelijat eivät tienneet kuinka kauan höyrystin kestää, jossa kuuma natrium muuttaa veden höyryksi. Näin ollen oli mahdollista sammuttaa useita moduuleja tai jopa osia korjausta varten ilman, että tehoyksikön kapasiteetti heikkeni. Käyttökokemus on osoittanut, että tämä varotoimenpide oli tarpeeton [3] . Reaktorin seuraavassa sukupolvessa (BN-800) jokainen silmukka vastaa yhtä höyrygeneraattoria.
Höyryturbiiniosa on valmistettu kolmesta tavanomaisen lämpövoimatekniikan sarjaturbiinista, joiden kunkin teho on 200 MW. Turbiinien rakennusohjelmistossa " Leningrad Metal Works " luotiin turbiinit K-200-130 välilämmityksellä höyryllä . Alkuperäiset höyryparametrit ovat 13,2 MPa ja 500 °C, nimellinen höyryvirtaus turbiinin läpi on 640 tonnia tunnissa. Turbogeneraattorin pyörimistaajuus on 3000 rpm [1] .
Kolmivaiheiset vaihtovirtageneraattorit TGV-200M luotiin Kharkovin tehtaalla " Elektrotyazhmash ". Tyristoriherätys , roottorin käämit jäähdytetään vedyllä, staattorikäämit jäähdytetään vedellä. Nimellislähtöteho 200 MW, jännite 15,75 kV. Teho syötetään 220 kV sähköverkkoon kolmen lohkoporrasmuuntajan ja avoimen kojeiston (OSG) kautta [1] .
Voimayksikön hyötysuhde (sähkötehon suhde lämpötehoon) on 41 %, mikä on korkeampi kuin tyypillisillä lämpöneutronivoimayksiköillä (n. 33 %) [1] .
8. huhtikuuta 2010 tuli kuluneeksi 30 vuotta BN-600 voimayksikön toiminnasta. Belojarskin ydinvoimalaitoksen BN-600 käyttövoimayksikkö suljettiin 28.3.2010. Ydinvoimalaitoksen lehdistöpalvelun mukaan kyseessä on suunniteltu tapahtuma, joka on välttämätön polttoaineen tankkausta, tarkastusta ja laitteiden modernisointia varten.
BN-600-voimayksikkö suoritti 2,5 kuukauden ajan laitteiden määräaikaishuoltoa ja -korjausta sekä laajan joukon toimenpiteitä arvioitua käyttöikää pidentävän ohjelman puitteissa. Yli 400 urakoitsijoiden korjaajaa saapui auttamaan Belojarskin ydinvoimalan asiantuntijoita.
Huhti-kesäkuussa 2010 BN-600 voimalaitoksella suoritettiin seuraavat toimenpiteet: höyrygeneraattorimoduulien ja höyryvesiliittimien vaihto, yhden pääkiertopumpun ja höyryturbiinin korjaus, maaperän seismisen kestävyyden parantaminen. voimalaitteet, useiden teknisten järjestelmien modernisointi. Huhtikuussa 2010 BNPP sai luvan jatkaa BN-600:n käyttöikää 31. maaliskuuta 2020 asti. 11. kesäkuuta 2010 Belojarskin ydinvoimalaitoksen voimayksikkö BN-600 aloitti uudelleen sähköntuotannon suunnitellun polttoaineen tankkauksen, tarkastuksen ja laitepäivityksen jälkeen.
Valtioyhtiö Rosatom vastaanotti kesäkuussa 2020 tarkastettavaksi suunnitteluasiakirjat käyttöiän pidentämisestä vuoteen 2040 [4] .
| Neuvostoliiton ja Venäjän ydinreaktorit | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tutkimus |
| ||||||||||
| Teollinen ja kaksikäyttöinen | Majakka A-1 AB(-1;-2;-3) AI OK-180 OK-190 OK-190M "Ruslan" LF-2 ("Ljudmila") SCC I-1 EI-2 ADE (-3,-4,-5) GCC HELVETTI ADE (-1,-2) | ||||||||||
| Energiaa |
| ||||||||||
| Kuljetus | Sukellusveneet Vesi-vesi VM-A VM-4 KLO 5 OK-650 nestemäinen metalli RM-1 BM-40A (OK-550) pinta-aluksia OK-150 (OK-900) OK-900A SSV-33 "Ural" KN-Z KLT-40 RITM-200 § RITM-400 § Ilmailu Tu-95LAL Tu-119 ‡ Avaruus Kamomilla Pyökki Topaasi Jenisei | ||||||||||
§ — reaktoreita on rakenteilla, ‡ — olemassa vain projektina
| |||||||||||