Phoenix (reaktor)

The Phoenix Nuclear Reactor ( franska  Phénix , uppkallad efter den mytomspunna fågeln Phoenix [2] ) är en fransk natriumkyld snabbuppfödningsreaktor ansluten till nätet den 13 december 1973 vid kärnkraftscentret Marcoule . Eleffekt - 250 MW [3] (sedan 2003 reducerad till 140 MW [4] ). Förädlingsförhållandet för reaktorn var 1,18 [5] . Tankning genomfördes två till fyra gånger per år, varje gång - 140-240 timmar [6] .

Phoenix var ett nyckelprojekt för att utforska utsikterna för bearbetning av kärnavfall [7] .

Driftsorganisationerna är det franska kommissariatet för atomenergi (80 % av budgeten) och Electricite de France (20 %).

Konstruktionen av enheten med Phoenix-reaktorn började den 1 november 1968 , ansluten till det franska elnätet den 13 december 1973 . Den 14 juli 1974, dagen för stormningen av Bastiljen , sattes i kommersiell drift.

Under 1989 och 1990 registrerades fyra fall av en plötslig kraftig minskning av reaktorreaktiviteten [ 8] . Enligt INES-skalan fick incidenter den andra nivån. Det var inte möjligt att ta reda på orsakerna till händelserna, vilket blev en av anledningarna till Frankrikes gradvisa vägran att vidareutveckla riktningen för snabba reaktorer [9] . Phoenix stoppades den 6 mars 2009 , varefter ett antal experiment utfördes på den fram till december [4] . Reaktorn stängdes slutligen av den 1 februari 2010 [1] .

Phoenix föregångare var Rhapsody -reaktorn ( fr.  Rapsodie ), som hade en termisk effekt på 40 MW och fungerade från 1967 till 1983.

Med hänsyn till Phoenixs erfarenheter byggdes Superphoenix- reaktorn ( franska Superphénix ) som hade en termisk effekt på 3000 MW och en elektrisk effekt på 1200 MW, men den fungerade bara från 1985 till 1998 [10] och var stängd för politiska skäl [ förtydliga ] [ 7 ] . På basis av Phoenix är det planerat att bygga en reaktor på samma komplexs territorium under 2020-talet som en del av ASTRID -programmet för att skapa kommersiella fjärde generationens snabba neutronreaktorer [11] :22 .  

Bakgrund och design

Enrico Fermi sa 1945 : "Det första landet att utveckla en snabb neutronreaktor kommer att få en konkurrensfördel i användningen av atomenergi."

Den första snabba neutronreaktorn var den amerikanska EBR I , som sjösattes den 20 december 1951, medan den blev den första kärnreaktorn av något slag som genererade någon mängd elektricitet, den var inte ansluten till elnätet, energin användes huvudsakligen att belysa byggnaden där reaktorn var placerad.

Arbete med snabba neutronreaktorer utfördes i olika länder. 8 januari 1956 i Michigan (USA) började byggandet av den första kraftenheten i kärnkraftverket. Enrico Fermi ( Eng.  Enrico Fermi Nuclear Generating Station ), som gav el till nätet den 8 maj 1966. De experimentella reaktorerna BR-2 (1956), BR-5 (1959), BR-10 (1973), BOR-60 (1968) byggdes i Sovjetunionen; industriell BN-350 (1973). I Storbritannien byggdes DFR (1962) och PFR (1975).

I Frankrike började ett sådant arbete utföras på 1960-talet. Även om huvudinsatsen var placerad på tryckvattenreaktorer ansågs snabba neutronreaktorer också vara en viktig riktning - uppgiften var att skapa en klass av kommersiellt effektiva snabba neutronreaktorer som skulle möjliggöra en effektiv användning av lager av kärnmaterial i hundratals år [12 ] .

Snabba neutronreaktorer kännetecknas av att de kan producera mer klyvbart material än att förbruka det. Energiresurserna som finns i uranmalm kan alltså användas cirka 70 gånger mer effektivt [13] .

I slutet av 1958 utvecklades ett utkast till en version av projektet för en experimentell snabb neutronreaktor " Rhapsody " ( fr.  Rapsodie ). Dess egenskaper motsvarade kraftreaktorer (bränsle från en blandning av uran och plutoniumdioxid , natriumkylvätska , energiintensitet , material, temperaturer), med undantag för möjligheten att generera elektricitet. Den 28 januari 1967 överfördes den till ett kritiskt tillstånd, och två månader senare fördes den till en designkapacitet på 20 MW [14] .

Med tanke på de amerikanska och brittiska framgångarna beslutades det att bygga en prototyp av kraftreaktor utan att vänta på resultaten från Rhapsody. Förprojekteringsstudier för en 1000 MW anläggning utfördes 1964. Namnet "Phoenix" föreslogs för stationen och fick enhälligt godkännande. 1965 fastställdes de viktigaste egenskaperna. Bränslet valdes liknande det som användes i Rhapsody – plutoniumreserver i Frankrike räckte inte till, och tillsammans med plutoniumdioxid beslöt man att använda anrikad urandioxid. Den elektriska effekten valdes till 250 MW [15] . Liksom i Rhapsody beslutades det att använda en natriumkylvätska. Ett integrerat schema valdes när alla element i det primära kylsystemet är monterade i samma volym som reaktorn. 1967 utvecklades en detaljerad preliminär design. Den hade tre pumpar och sex mellanvärmeväxlare. Driftstemperaturer antogs till 400–600 °C. [16]

År 1969 undertecknade Commissariat of Atomic Energy of France och Electricite de France ett protokoll om gemensam konstruktion och drift av stationen (80 % av kostnaderna föll på Commissariat, 20 % på Electricite de France) [17] .

Konstruktion

Man beslutade att placera reaktorn norr om Markul centrum . Andra alternativ som övervägdes var Cadarache (brist på vattenresurser) och La Hague (beläget för långt från Cadarache, där produktionsanläggningarna förknippade med natriumteknologi var koncentrerade). Arbetet på byggarbetsplatsen påbörjades i oktober 1968. Gropen hade dimensioner på 180 gånger 50 m, och ett djup på 11,5 m. Grävningsarbeten pågick under 18 månader [18] .

Ett kännetecken för konstruktionen var användningen av en solid metallbeklädnad i den underjordiska delen av reaktorutrymmet. Beklädnaden monterades av prefabricerade block - metallplåtar med en yta på 14 m², utrustade med förstyvningsvinklar och fästelement, tjockleken på plåtarna för den horisontella delen (basen) var 10 mm, för den vertikala (väggen) 5 mm . Strukturen fixerades av ett system av speciella rekvisita. Metallplåtar fästes samman genom svetsning , svetsade fogar genomgick radiografisk kontroll och kapillärdetektering. Efter konstruktionen av strukturen byggdes byggnadens betongfundament i den resulterande metallbeklädnaden. Hålrummen mellan beklädnadens yttre del och marken fylldes med betong och gummi.

Den ovanjordiska delen av reaktorbyggnaden bestod av cirka 270 prefabricerade betongblock, 25 cm tjocka, som var horisontellt förspända efter att väggarna byggts [18] .

Konstruktionens kronologi [19] :

• 1968
  • Oktober - början av byggandet (grop).
• 1969
  • 5 maj - den första betongen.
• 1970
  • Januari — byggandet av huvudvolymen påbörjades.
  • I maj påbörjades byggandet av inneslutningen .
  • 2 november — den primära volymen byggs.
  • 25 november - säkerhetsvolym byggd.
• 1971
  • 28 juli - den första satsen natrium.
  • 2 augusti - kupolen byggs.
  • 18 oktober - den första kretsen är fylld med natrium.
• 1972
  • 21 februari - generatorstator installerad.
  • 24 mars - generatorrotorn installerades.
  • 15 december - den andra (mellan) kretsen är fylld med natrium.
• 1973
  • 10 januari – reaktorn fylls med natrium och lastningen av kärnbränsle har påbörjats.
  • 1 februari - Ångturbin sjösätts .
  • 31 augusti - den första utgången i ett kritiskt tillstånd.
  • 13 december - anslutning till elnätet.

Kraftgenerering

Under hela drifttiden med hjälp av reaktorn genererades 24440.402 GWh el [20] .

• energiberedskapsfaktor - 45,81  %
• installerad kapacitetsutnyttjandefaktor  — 39,91 %
• koefficient för teknisk användning  - 41%.

Problemet med hopp i reaktivitet

Under driften av reaktorn observerades ett antal problem. De flesta av dem var relaterade till läckor i mellanvärmeväxlare. Längden på driftstoppet efter eventuella problem berodde på att varje omstart av reaktorn krävde ett politiskt beslut [11] :17 .

De flesta av dessa problem har observerats i andra reaktorer av denna typ. Under 1989-1990 registrerades dock fyra fall av samma typ av nödsituationer vid reaktorn, som inte påträffades vid andra snabba neutronreaktorer. Den 6 augusti, 24 augusti och 14 september 1989 och 9 september 1990 [8] utlöstes reaktorns nödskydd på grund av kraftiga reaktivitetsfluktuationer registrerade av neutronflödeskontrollutrustningen [11] :17 .

Incidenterna kallades AURN ( franska:  Arrêt d'urgence par réactivité négative  - automatisk nödavstängning på grund av negativ reaktivitet). De observerades när reaktorn arbetade med full effekt eller nära den (de första tre fallen - med en effekt på 580 MW, det fjärde - vid 500 MW). Vid tidpunkten för incidenterna var reaktorn i kontinuerlig drift under 4-15 dagar. Avstängningen inträffade som ett resultat av att den negativa reaktiviteten nådde nödskyddströskeln [11] :18 .

Manuset var detsamma varje gång:

1. En nästan linjär kraftig ökning av negativ reaktivitet och följaktligen en minskning av kraften. På bara 50 m s sjönk effekten till 28-45 % av den ursprungliga (i detta ögonblick aktiverades nödskydd).
2. Symmetrisk kraftig ökning av kraften nästan till utgångsvärdet.
3. Fallet igen, om än mindre skarpt och djupt, 200 ms efter evenemangets start.
4. Återigen, öka kraften till värden som är något högre än den ursprungliga.
5. Kraftfall som ett resultat av införandet av absorbatorstavar i kärnan genom automatisering.

Problemet har inte fått någon definitiv förklaring, trots år av forskning som initierats av CEA. Den mest troliga förklaringen anses vara med hjälp av ett fenomen som kallas "kärnblommande" eller "utåtgående rörelsefenomen", en situation där deformation i form av en ökning av storleken på en bränslepatron orsakar mekanisk påfrestning i omgivningen sammansättningar, vilket leder till expansion av hela kärnan i radiell riktning. En liten ökning av avståndet mellan enheterna leder till en kraftig minskning av k eff och följaktligen en ökning av negativ reaktivitet och en minskning av effekt [21] [11] :21 .

Se även

• BN-600
• BN-800
• BN-1200

Anteckningar

1. ↑ 1 2 Kärnkraftsreaktordetaljer - PHENIX Arkiverad 13 januari 2012 på Wayback Machine // IAEA / IRIS
2. ↑ Sauvage, 2004 , sid. ett.
3. ↑ Sauvage, 2004 , sid. 217.
4. ↑ 1 2 A. Vasile, B. Fontaine. M. Vanier, P. Gauthé, V. Pascal, G. Prulhière, P. Jaecki, D. Tenchine, L. Martin, JF Sauvage, D. Verwaerde, R. Dupraz, A. Woaye-Hune. PHENIX sista testet .  (inte tillgänglig länk)
5. ↑ Eduard Khodarev. Liquid Metal Fast Breeder Reactors  //  IAEA-bulletin. — Wien: IAEA . — Vol. 20 , nej. 6 . - S. 29-38 . Arkiverad från originalet den 24 mars 2012.
6. ↑ Sauvage, 2004 , sid. 64.
7. ↑ 1 2 Alan M. Herbst, George W. Hopley. Kärnenergi nu: varför tiden har kommit för världens mest missförstådda energikälla  . — John Wiley and Sons, 2007.
8. ↑ 12 Sauvage , 2004 , sid. 84.
9. ↑ Phoenix snabbreaktor officiellt stängd i Frankrike Arkivexemplar daterad 19 oktober 2013 på Wayback Machine // Atominfo.ru
10. ↑ Sauvage, 2004 , sid. 225.
11. ↑ 1 2 3 4 5 Philip Gottfridsson. Simulering av reaktortransienter och designkriterier för natriumkylda snabbreaktorer . — Universitetsuppsats från Uppsala universitet/Tillämpad kärnfysik, 2010.
12. ↑ Sauvage, 2004 , sid. 7.
13. ↑ Sauvage, 2004 , sid. åtta.
14. ↑ Sauvage, 2004 , s. 9-10.
15. ↑ Sauvage, 2004 , sid. elva.
16. ↑ Sauvage, 2004 , s. 12-13.
17. ↑ Sauvage, 2004 , sid. fjorton.
18. ↑ 12 Sauvage , 2004 , sid. femton.
19. ↑ Sauvage, 2004 , sid. 16.
20. ↑ Driftserfarenhetshistorik - PHENIX Arkiverad 29 januari 2012 på Wayback Machine // IAEA / PRIS
21. ↑ Sauvage, 2004 , sid. 98-100.

Litteratur

• Jean Francois Sauvage. Phènix - 30 års historia: hjärtat av en reaktor  (engelska) . – 2004.