18 февраля 2021

Учёные из Чехии и Словакии разрабатывают проект быстрого газоохлаждаемого реактора ALLEGRO

Один из докладов, сделанных на форуме "SNETP Forum 2021" в начале февраля 2021 года, был посвящён текущему состоянию проекта ALLEGRO - быстрого газоохлаждаемого реактора. Авторы доклада - Петр Ваха (Чехия) и Бранислав Хатала (Словакия). Работы по направлению БГР базируются на французских разработках.

Реакторы БГР позволяют совместить преимущества быстрых и высокотемпературных реакторов. Если подобные аппараты получится внедрить, то они станут высокоэффективными производителями электроэнергии и высокопотенциального тепла.

Серьёзная проблема БГР - необходимость иметь очень высокую энергонапряжённость активной зоны, до 100 МВт/м3. Среди прочего, это делает сложной задачу конструкторов по отводу остаточного энерговыделения.

С выбором теплоносителя для БГР больших сомнений нет. Заимствованный из проектов ВТГР гелий обладает высокой удельной теплоёмкостью и теплопроводностью, а также устраивает по своим нейтронно-физическим свойствам. А вот с материалами топлива, оболочек и внутризонных конструкций ситуация иная, для них требуются новые подходы.

Докладчики напомнили, что конечным результатом ведущихся в исследовательских центрах Восточной Европы работ по направлению БГР должен стать проект GFR-2400, быстрый газоохлаждаемый реактор тепловой мощностью 2400 МВт(т).

Температура теплоносителя на выходе из активной зоны реактора GFR-2400 составит 850°C. Блок с GFR-2400 производит электроэнергию в комбинированном цикле (indirect combined cycle).

Первый и второй контура реакторной установки состоят из трёх петель каждый. Петли контуров контактируют друг с другом через промежуточные теплообменники. Рабочее тело второго контура - смесь гелий-азот (He-N2). В каждой из петель второго контура стоит по газовой турбине.

Имеется также третий контур, соединённый со вторым через парогенератор. В третьем контуре образуется пар, подающийся на паровую турбину. В конечном итоге от всей установки в сеть выдаётся 1083 МВт(э).

Проект ALLEGRO, непосредственно над которым сейчас ведётся работа, призван продемонстрировать концепцию БГР, предоставить доказательства технической целесообразности (эффективность, надёжность, безопасность), а также выступить в качестве испытательного полигона для тестирования материалов и когенерационных возможностей (водородное производство).

Для работы над проектом был создан центр компетенций V4G4, в который входят четыре организации из четырёх стран (Венгрия, Польша, Словакия, Чехия). Кроме того, в качестве ассоциированного члена выступает французский комиссариат по атомной энергии.

ALLEGRO представляет собой исследовательский реактор мощностью 75 МВт(т). Теплоноситель гелий с давлением 7 МПа, температуры (вход/выход) - 260°C/530°C для драйверной зоны и 400°C/850°C для экспериментальной (жаростойкой) зоны. Удельное энерговыделение - до 100 МВт/м3.

В качестве драйверного топлива выбрано диоксидное (урановое или MOX), оболочки из стали 15-15ti. Обогащение - 35% для MOX и 19,5% для UO2. Под драйверной зоной здесь понимается стартовая загрузка реактора.

Переход на экспериментальное (жаростойкое) топливо планируется осуществлять постепенно, начиная с нескольких или даже одной кассеты. Топливный материал - карбид урана и плутония (29-35% обогащение по плутонию), материал оболочек - SiCf/SiCf.

Докладчики отдельно остановились на ключевых системах безопасности реактора ALLEGRO. Страховочный корпус (guard vessel) выполнен из предварительно напряжённого бетона или стали (рассматриваются оба варианта). Выступает как барьер на пути выхода радиоактивных нуклидов и поддерживает давление при авариях типа LOCA.

Свободный объём страховочного корпуса - порядка 10 тысяч кубометров. При нормальной эксплуатации заполнен чистым азотом при атмосферном давлении. При авариях типа LOCA максимальное проектное давление 1,1 МПа.

Отвод остаточного энерговыделения осуществляется при помощи системы DHR, полностью пассивной системы, работающей на принципе естественной циркуляции. Предусмотрены два варианта системы - полностью пассивный с троекратным резервированием и комбинированный (2×100% пассивные подсистемы и одна "полуактивная").

Также в проекте имеется ловушка расплава. Форма восьмиугольная, охлаждение ловушки исключительно снизу. Выполнена из стальных блоков с оребрением, охлаждающая вода протекает между рёбрами. Для более равномерного распределения тепла в конструкцию добавлены медные пластины(см. рисунок ниже).

Отдельно докладчики упомянули программу SafeG, финансируемую из программы "Евратома" NFRP-2019-2020-6.

По программе SafeG стоимостью 4,5 миллиона евро и продолжительностью до сентября 2024 года консорциум в составе 15 организаций из семи европейских стран и японский университет Киото намереваются "продолжать развивать технологию БГР и укреплять её безопасность".