19 апреля 2012

Китай: MOX и CEFR

Китай продолжает разработку MOX-топлива для быстрых реакторов, и вступление в строй реактора CEFR поможет республике в реализации её планов. Одновременно китайские атомщики не забывают и об альтернативном топливе, в качестве которого они выбрали металл.

Дорожная карта

В докладе, подготовленном группой авторов из китайского института атомной энергии (CIAE), показаны основные стадии создания топлива и мощностей по переработке ОЯТ для нужд быстрой программы КНР. Текст доклада доступен в базе данных МАГАТЭ INIS.

В настоящее время Китай располагает быстрым натриевым реактором CEFR, чья электрическая мощность заявлена как 20 МВт(эл.). В планах у республики - строительство блоков с быстрыми натриевыми реакторами CDFR. Считается, что проекты CDFR должны быть сделаны на основе проекта российского БН-800.

В дорожной карте развития топливной инфраструктуры КНР появление MOX-топлива для реактора CEFR запланировано примерно на 2015 год. MOX-топливо для CDFR будет производиться в промышленных масштабах ближе к 2020 году.

Переход на альтернативное топливо для китайских быстрых реакторов запланирован на вторую половину 2020-ых годов - ориентировочно, на 2029-2030 годы. В качестве такового китайские специалисты выбрали смешанное металлическое топливо с циркониевой матрицей U-PuU-Zr. Но к 2020 году должны завершиться реакторные испытания уранового металлического топлива U-Zr.

Демонстрационные установки по переработке ОЯТ тепловых реакторов входят в строй в Китае уже в наши дни. В промышленных масштабах переработка стартует сразу после 2020 года.

История MOX-топлива в Китае

История MOX-топлива в Китае берёт начало в 80-ых годах, когда в китайских лабораториях впервые были получены MOX-таблетки.
В 90-ые годы интерес к MOX перешёл в практическую плоскость. Был инициирован проект по проведению "предварительных исследований" по возможности использования смешанного топлива. Правда, в то время Китай ориентировался на применение MOX в тепловых реакторах по французскому образу и подобию.

В XXI веке была построена экспериментальная технологическая линия по фабрикации MOX-топлива. В институте CIAE была создана лаборатория для работы по этому направлению. Началось проектирование MOX-кассет для реактора CEFR.

Общая площадь производственных помещений экспериментальной линии по фабрикации MOX-топлива составляет 1400 м2, а её производительность заявлена как 500 кг тяжёлых металлов в год.

 

Экспериментальная линия по фабрикации MOX-топлива (внешний вид здания)

 

Экспериментальная линия по фабрикации MOX-топлива

Реактор CEFR и исследовательские планы

Реактор CEFR призван сыграть в быстрой программе Китая особую роль. Прежде всего, реактор будет использоваться для обкатки в деле MOX-топлива китайского производства. Другое его предназначение - проведение испытаний перспективных конструкционных материалов и альтернативного топлива.

Проект MOX-кассет для CEFR уже готов. По геометрии они будут слабо отличаться от урановых предшественников.
Останутся неизменными длина и число твэлов. Более толстой станет оболочка твэлов - 0,4 мм вместо 0,3 мм. Соответственно, внешний диаметр топливной таблетки уменьшится с 5,2 до 5,05 мм. Самое серьёзное изменение ожидает материал оболочек твэлов - вместо российской стали ЧС68 там появится сталь 316(Ti)SS.

Обогащение по плутонию в MOX-топливе для CEFR предусматривается как 25%.

Активная зона CEFR даёт персоналу и физикам достаточно гибкости при планировании экспериментов. Первый внутренний ряд кассет отражателя может быть заменён на топливные сборки. Первый и третий ряды кассет отражателя меняются, при необходимости, на кассеты бланкета. Экспериментальные сборки могут устанавливаться как в зоне топливных кассет, так и в зоне кассет рефлектора.

Некоторые детали экспериментальной программы на реакторе CEFR уже известны.

 

Горячая камера для проведения неразрушающего анализа на реакторе CEFR

В 2013 году на нём пройдут материаловедческие испытания образцов из стали 316(Ti)SS, выбранной как конструкционный материал для будущих MOX-сборок.

В 2013-2014 годах китайские специалисты проведут облучение образцов топлива с добавкой нептуния. Эти работы должны производиться в рамках совместного проекта с Евросоюзом.

В 2015 году начнутся реакторные испытания образцов модифицированных сталей, способных в будущем заменить 316(Ti)SS. Такими пока рассматриваются сталь 316(Ti)SS Mod или сталь 15-15TiSS.

Наконец, в том же 2015 году китайские атомщики приступят к облучению на CEFR образцов ферритно-мартенситных сталей. В России такие стали - например, ЭП450 - рекомендованы как штатные материалы чехлов ТВС.