Международная конференция FR22 по быстрым реакторам и связанным с ними топливным циклам прошла в штаб-квартире МАГАТЭ в Вене с 19 по 22 апреля 2022 года.
На одном из заседаний конференции группа авторов из Италии и Румынии представила доклад о приоритетных потребностях в НИОКР для проекта европейского быстрого свинцового реактора ALFRED.
Основной докладчик - Габриэль Фирпо (Gabriele Firpo) из компании "Ansaldo Nucleare".
Экспериментальная инфраструктура
ALFRED (если и когда он будет построен) является не коммерческим реактором, а демонстратором технологий. Поэтому разработка проекта собственно реактора сопровождается целым комплексом НИОКР по свинцовым технологиям.
В этих целях на территории Румынии создаётся следующий набор экспериментальных установок:
- ATHENA - бассейновый стенд для крупномасштабных испытаний компонентов и эксплуатационных процедур в репрезентативных условиях;
- CHEMLAB - лаборатория химии ТЖМТ и материаловедения;
- ELF - бассейновый стенд для длительных испытаний компонентов с целью определения эффективности их работы;
- HANDS-ON - стенд для отработки систем и процедур перемещения топлива из/в активную зону;
- HELENA-2 - петлевая установка, поддерживающая режимы принудительной и естественной циркуляции для проведения натурных испытаний элементов активной зоны и снятия их теплогидравлических характеристик;
- MELTIN'POT - горячий стенд для изучения поведения свежего и отработавшего топлива и других радиоактивных материалов со свинцом в постулируемых аварийных условиях.
Среди приоритетных нужд по материалам и химии теплоносителя докладчик выделил вопросы образования и отложения оксидов свинца (в основном, PbO) и коррозии конструкционных материалов.
Собственно говоря, это не открытие. Давно известно, что в ТЖМТ-реакторах необходимо жёстко контролировать содержание кислорода в теплоносителе. Стратегия контроля кислорода для ALFRED разработана, но теперь требуется проверить её на практике. Это будет сделано на стендах ELF и ATHENA.
Планируется также обширная программа испытаний перспективных конструкционных материалов для работы в свинце при температурах до 800°C (в порядке задела на будущее). Будут испытаны фехрали (в т.ч. дисперсноупрочнённые), сплавы на основе молибдена, карбид кремния, материалы с алюминиевым покрытием и ряд других.
Следующая приоритетная тема НИОКР - подтверждение целостности активной зоны. Так, необходимо собрать недостающие экспериментальные данные и скорректировать с их помощью расчёты поведения дистанционирующих решёток ТВС в условиях вибраций, вызванных потоком теплоносителя. Для этого на стенде HELENA2 запланирован эксперимент с ненагреваемой кассетой, содержащей 61 твэл (скорее, имитатор твэла).
Также в рамках темы о целостности активной зоны будут изучаться последствия потери охлаждения ТВС, поведение зоны в постулируемых аварийных условиях, распространение топлива в теплоносителе при авариях, а также распространение продуктов деления при разрушении топлива. Для этих работ предполагается задействовать стенд MELTIN'POT.
Большая программа исследований по теплогидравлике запланирована на стенде ELF, в состав которой входит имитатор активной зоны в масштабе 1:1 по высоте.
Докладчик напомнил, что на сегодняшний день в Евросоюзе есть единственный стенд CIRCE (Италия), на котором возможно изучать теплогидравлические явления в бассейнах с ТЖМТ, поэтому строительство стенда ELF является обязательным для демонстрации свинцовой технологии.
Важное направление НИОКР для ALFRED - обоснование безопасности парогенераторов "свинец-вода".
На стенде ATHENA планируется изучить взаимодействие воды второго контура со свинцом первого контура, возникающее в случае разрыва трубок парогенератора. Здесь возможны неприятные явления, такие как распространение в реакторе волны давления, изменение реактивности и так далее. Испытания будут проходить на модели парогенератора в масштабе 1:1.
Также на ATHENA планируется отработка одной из двух систем отвода остаточного тепловыделения, а именно, системы DHR, функционирующей через парогенераторы.
Ещё одна программа, в которой будет задействован стенд ATHENA - испытания ГЦН. В реакторе ALFRED предполагается использовать вертикальные насосы, и необходимо экспериментально подтвердить их характеристики и заявленный ресурс.
В рамках НИОКР запланирована также серия работ по верификации различных расчётных кодов. Докладчик признал, что большинство имеющихся в распоряжении разработчиков ALFRED кодов ориентированы на легководные реакторы.
Так, остановившись на нейтронике, докладчик подчеркнул, что достигнуть необходимой точности расчётных результатов удастся только на этапе пуска реакторной установки. На стадии проектирования от расчётчиков требуется только обеспечить "максимально возможную" уверенность в результатах.
Докладчик также признал, что объём доступных через OECD/NEA бенчмарков недостаточен для верификации нейтронно-физических кодов. Кроме того, большинство из бенчмарков создано на основе экспериментов с нулевой мощностью.
Без конкретики докладчик упомянул планы по облучательным экспериментам с топливом для ALFRED. В качестве основного варианта выбрано MOX-топливо с оболочкой из стали 15-15 Ti с покрытием и без него.
