Modulaarinen heliumreaktori

Kaasuturbiini, modulaarinen heliumreaktori (GT-MHR, GT-MHR)  on kansainvälinen hanke, jolla luodaan 2000-luvun turvallisuusvaatimukset täyttävä ydinvoimala , joka perustuu korkean lämpötilan kaasujäähdytteiseen reaktoriin heliumjäähdyttimellä. toimivat suorassa kaasuturbiinikierrossa. Englanninkielinen nimi "Gas Turbine - Modular Helium Reactor (GT-MHR)". Kahden tämän tyyppisen reaktorin luominen sekä nopeat neutronireaktorit BN-600 ja BN-800 sisältyvät venäläis-amerikkalaisen aseluokan plutoniumin hävittämisohjelmaan , mikä ei ole välttämätöntä puolustustarkoituksiin. Hanketta rahoittavat pariteettiperiaatteella Rosatom (RF) ja Department of Energy and NNSA (USA).

Projektissa ovat mukana OKBM Afrikantov , RNTs KI , VNIINM , General Atomics (USA), Framatome (Ranska), Fuji Electric (Japani) .

GT-MHR-projektin tavoitteet

• Luodaan laitos, joka täyttää 2000-luvun teknologian vaatimukset turvallisuuden, kilpailukyvyn ja ympäristövaikutusten minimoimisen suhteen.
• Ensimmäisen GT-MGR-yksikön käyttöönotto viimeistään 2023, jolloin tutkimus- ja kehitystyö minimoidaan hyödyntämällä HTGR- teknologian maailmanlaajuista kokemusta .
• Ensimmäisen ja useiden myöhempien yksiköiden käyttö ylimääräisen aselaatuisen plutoniumin polttamiseen .
• Perustan luominen tämän tekniikan myöhempää kaupallista käyttöä varten sähkön ja lämmön tuotantoon kotitalouksien ja teollisuuden tarpeisiin, mukaan lukien vedyn tuotanto .

Suunnitteluominaisuudet

GT-MGR on grafiittikaasureaktori, joka on koottu kahteen moduuliin: korkean lämpötilan reaktoriyksikköön ja energian muunnosyksikköön (PCU). Ensimmäinen sisältää sydämen ja reaktorin ohjaus- ja suojajärjestelmän (CPS), ja toinen sisältää: kaasuturbiinin generaattorilla , rekuperaattorin , jääkaapit. Energian muunnos on suljettu yhden silmukan Brayton-sykli .

Polttoaine-elementit ovat plutoniumoksidin , uraanioksidin tai nitridin mikropalloja, joiden halkaisija on 0,2-0,5 mm pyrolyyttisen hiilen ja piikarbidin monikerroksisessa kuoressa . Suunnittelulaskelmien mukaisesti tällainen mikropolttoaine-elementti pystyy pidättämään tehokkaasti fissiofragmentteja sekä normaaleissa käyttöolosuhteissa (1250°C) että hätäolosuhteissa ( 1600°C).

Reaktorilaitoksen molemmat moduulit sijaitsevat pystysuorassa teräsbetonikuilussa maanpinnan alapuolella.

Tärkeimmät tekniset ominaisuudet

Edut

• Korkea hyötysuhde;
• Ydinvoimalaitosten suunnittelun yksinkertaistaminen reaktorin modulaarisen rakenteen ansiosta;
• Polttoaineen käyttö mikrohiukkasten muodossa, joissa on monikerroksinen keraaminen pinnoite, mahdollistaa fissiotuotteiden tehokkaan pidättämisen korkeilla palamisnopeuksilla (jopa 640 MW vrk/kg) ja lämpötiloissa (jopa 1600 °C);
• Pienen tehotiheyden omaavan rengasmaisen sydämen käyttö mahdollistaa jäännöslämmön poistamisen reaktorista käyttämällä luonnollisia ilmankiertomenetelmiä;
• Ohjaus- ja suojajärjestelmien moninkertaisuus;
• Heliumin käyttö jäähdytysaineena , kemiallisesti inerttiä ainetta, joka ei vaikuta neutronien tasapainoon ;
• Hanke mahdollistaa myös aselaatuisen plutoniumin hävittämisen . Yksi neljästä reaktorista koostuva GT-MGR-yksikkö pystyy käsittelemään 34 tonnia tätä ainetta toimintansa aikana. Suunnitteludokumentaation mukaan tällainen säteilytetty polttoaine voidaan hävittää ilman lisäkäsittelyä.

Haitat

• Virta vähissä. Yhden VVER-1000- yksikön korvaamiseen tarvitaan neljä GT-MGR-yksikköä. Tämä haitta johtuu toisaalta kaasun jäähdytysnesteen käytöstä, jonka lämpökapasiteetti on alhainen verrattuna veteen tai natriumiin , ja toisaalta ytimen alhaisesta energiaintensiteetistä, joka on seurausta kohtaamisesta. reaktorin turvallisuusvaatimukset. Tämä ominaisuus kyseenalaistaa argumentit ydinvoimaloiden suunnittelun yksinkertaistamisesta GT-MHR:llä;
• Suuren määrän pitkäikäistä β- aktiivihiiltä 14 C muodostuu grafiitin hidastimessa , jolla ei ole hyväksyttäviä loppusijoitusmenetelmiä, ja RBMK-reaktorien käytön aikana kertyneet reservit ovat jo melko suuria. Ympäristöön joutuessaan 14 C:lla on taipumus kerääntyä eläviin organismeihin;
• Käytetyn polttoaineen jälleenkäsittelyä ja loppusijoitusta varten ei ole hyväksyttävää järjestelmää. Piitä sisältävien aineiden prosessointi on kemian tekniikalle erittäin vaikeaa. Näin ollen kun polttoaine tulee reaktoriin, se poistetaan pysyvästi ydinpolttoainekierrosta.
• Tällä hetkellä ei ole olemassa todistettua teollista teknologiaa polttoaine-elementtien valmistamiseksi plutoniumista , joka liittyy sen erittäin monimutkaiseen kemiaan. Tällaisen tuotannon perustaminen vaatii uraanin jalostukseen koko ydinteollisuuden historian ajan vastaavia tai jopa suurempia investointeja . Siksi lausunto GT-MHR:n käytöstä aselaatuisen plutoniumin hävittämiseen näyttää melko kyseenalaiselta. Samalla on myös otettava huomioon, että plutoniumia on kertynyt maailmaan vain noin 400 tonnia, eli se voi riittää vain 10 voimayksikön (4 reaktoria) elinkaareen.
• Heliumin käyttö jäähdytysaineena , koska reaktorin paineen alenemiseen liittyvän onnettomuuden sattuessa koko jäähdytysaine korvataan väistämättä raskaammalla ilmalla.

Virstanpylväät

• 1995-1997 - konseptisuunnittelu.
• 2000-2002 - alustava suunnittelu.
• 2003-2005 - tekninen projekti.
• 2005-2008 — prototyyppimoduulin polttoainetuotannon käyttöönotto.
• 2009-2010 — GT-MGR-prototyyppimoduulin käyttöönotto.
• 2007-2011 — 4-moduulisen voimayksikön AS GT-MGR polttoainetuotannon käyttöönotto.
• 2012-2015 — 4-moduulisen voimayksikön AS GT-MG käyttöönotto

Tällä hetkellä hankkeessa on tarkempaa kehitystä.

Projektin näkymät

Ammattimaisesta näkökulmasta projekti on varsin mielenkiintoinen, mutta sen teollinen toteutus näyttää lueteltujen puutteiden vuoksi kyseenalaiselta ja lisäksi utopistiselta.

Katso myös

• Ydinreaktori
• Painevesireaktori
• Grafiittikaasureaktori
• Ydinpolttoaine
• Ydinpolttoainekierto

Muistiinpanot

Linkit

• Projektin sivusto
• Ian Gore-Lacy, "Nuclear Electricity", luku 4.3 Uuden sukupolven reaktorit (I Hore-Lacy, Nuclear Electricity ISBN 0-9593829-8-4 )
• Thomas B. Kinger, Nuclear Energy Encyclopedia: Science, Technology, and Applications; 22.7.1 GT-MHR (sivu 247)
• Ran F., Adamantiades A., Kenton J., Brown C. Handbook of Nuclear Energy Technologies / Toim. V. A. Legasova. - M.: Energoatomizdat, 1989. - 752 s.
• Kostin V.I. ENERGIANMUUTOSYKSIKÖN GT-MGR -PROJEKTIN KEHITTÄMINEN // Atomnaya Energiya . - 2007. - T. 102 . - S. 57-63 .
• Kostin VI, Kodochigov NG, Vasyaev AV, Golovko VF tehonmuunnosyksikkö suoralla kaasuturbiinisyklillä sähköntuotantoon osana GT-MHR Reactor Plant Proc. HTR-2004 // Korkean lämpötilan kaasujäähdytteisiä reaktoreita käsittelevä konferenssi, Peking, Kiina, syyskuu. 22-24, 2004.
• Boyko V.I. REAKTORIN GT-MGR:N POLTTOLOKKOJEN GRAFIITTIVAROJEN ARVIOINTI //  Tomskin ammattikorkeakoulun tiedote. - 2005. - T. 308 . - S. 81-84 .
• V.F. Zelensky, N.P. Odeychuk, V.K. Jakovlev, V.A. Gurin. KORKEAN LÄMPÖTILAISTEN KAASUJÄÄHDYTETTYJEN REAKTORIEN (HTGR) TYÖN NYKYINEN TILA MAAILMASSA JA NÄKYMÄT NÄKYMÄN KÄYTTÖÖN UKRAINASSA  // Atomitieteen ja -tekniikan ongelmat. - 2009. - Ongelma. 4-2 . - S. 247-255 .
• AI Kiryushin, NG Kodochigov, NG Kuzavkov et ai. Projekti korkean lämpötilan heliumreaktorista GM-MHR kaasuturbiinilla // Nucl. Engn. Suunnittelu.. - 1997. - T. 173 . - S. 119-129 .
• N.G. Kodochigov et al. Laskennalliset ja kokeelliset tutkimukset GT-MGR-ytimen neutronifysikaalisista ominaisuuksista // Atomnaya Energiya . - 2007. - T. 102 , no. 1 . - S. 63-68 .
• L. Popov. Heliumin ydinvoimala lupaa olla räjähtämättä (membrana.ru, 29. elokuuta 2005).
• A. Ruchkin. Helium palvelee ydinvoimateollisuutta . (Neftegaz.RU, 15. lokakuuta 2009).