Группа специалистов индийского центра атомных исследований (IGCAR) имени Индиры Ганди провела в 2021 году расчётно-экспериментальные исследования поведения натрия при гипотетической запроектной аварии на строящемся быстром натриевом реакторе PFBR.
Рассматривалась гипотетическая авария с разрушением активной зоны (hypothetical core disruptive accident, HCDA).
В условиях нормальной эксплуатации PFBR не предполагается попадание натрия первого контура в здание контейнмента (Reactor Containment Building, RCB).
Однако при аварии HCDA из-за отказа механических уплотнений натрий может просочиться в здание RCB через отверстия большой и малой поворотных пробок в верхней плите реактора (roof slab).
Так, через большую пробку теоретически может вытечь примерно 102 кг натрия (путь 1 на рисунке ниже). Вытекщий натрий может распространиться по площади до 75 м2.
Отверстия в верхней плите заполнены изоляционным материалом "Rockwool". Сверху они прикрыты пластиной из углеродистой стали.
Во время аварии HCDA выталкиваемый из главного корпуса реактора натрий взаимодействует с материалом изоляции, а также с кислородом. Энергия, выделяющаяся при сгорании натрия, может повышать температуру верхней плиты и приводит в конечном итоге к росту давления в здании RCB.
Поскольку сгорание радиоактивного натрия определяет количество и изотопный состав материала в выбросе (source term) в здании RCB, фактический прогноз количества выбрасываемого натрия и его сжигания очень важен для анализа последствий аварии HCDA.
Специалисты центра IGCAR выполнили ряд экспериментов на уменьшенной модели, имитирующей выход натрия первого контура при аварии HCDA. Площадь растекания натрия в модели составляла 1,13 м2.
Первая серия экспериментов была выполнена на воде. С её помощью было подобрано давление, необходимое для обеспечения нужного расхода натрия в следующих сериях экспериментов, а также определены позиции для установки термопар.
В следующих сериях экспериментов натрий в баке, имитировавшем корпус реактора, нагревался до 550°C, после чего в баке на протяжении 0,6 с создавалось давление 2,46 бар и происходило выдавливание порции натрия через моделируемый путь выхода в здание RCB. Изучалось влияние изоляции и других возможных параметров и конфигураций.
Вытекший натрий в эксперименте без изоляции
По итогам расчётно-экспериментальной программы индийские специалисты сформулировали благоприятные выводы для PFBR.
Прежде всего, они подтвердили, что натрий успеет значительно охладиться до попадания в здание RCB (самая высокая измеренная выходная температура натрия в экспериментах была 144°C).
Также они показали, что температуры и масса вытекшего натрия, измеренные в экспериментах, были всегда меньше расчётных значений. Следовательно, расчётные значения параметров при аварии HCDA, заложенные в обоснование безопасности реактора PFBR, консервативны, и это работает в запас безопасности.
"Во время аварии HCDA не ожидается значительного сжигания выбрасываемого натрия", - сформулировали в заключение своей работы индийские специалисты.