Modulär heliumreaktor

Gasturbin, modulär heliumreaktor (GT-MHR, GT-MHR)  är ett internationellt projekt för att skapa ett kärnkraftverk som uppfyller 2000-talets krav på säkerhet, baserat på en högtemperaturgaskyld reaktor med heliumkylvätska arbetar i en direkt gasturbincykel. Engelska namnet "Gas Turbine - Modular Helium Reactor (GT-MHR)". Skapandet av två reaktorer av denna typ, tillsammans med de snabba neutronreaktorerna BN-600 och BN-800, ingår i det rysk-amerikanska programmet för bortskaffande av plutonium av vapenkvalitet , vilket inte är nödvändigt för försvarsändamål. Projektet finansieras på paritetsbasis av Rosatom (RF) och Energidepartementetoch NNSA (USA).

OKBM Afrikantov , RNTs KI , VNIINM , General Atomics (USA), Framatome (Frankrike), Fuji Electric (Japan) deltar i projektet .

Mål för GT-MHR-projektet

• Att skapa en anläggning som uppfyller kraven från 2000-talets teknik när det gäller säkerhet, konkurrenskraft och minimering av miljöpåverkan.
• Driftsättning av den första GT-MGR-enheten senast 2023 med minimering av FoU genom att använda den samlade världserfarenheten inom HTGR- teknik .
• Användning av de första och flera efterföljande enheter för att bränna överskott av vapenplutonium .
• Skapande av en bas för efterföljande kommersiell tillämpning av denna teknik för produktion av el och värme för hushålls- och industribehov, inklusive produktion av väte .

Designfunktioner

GT-MGR är en grafit-gasreaktor sammansatt i två moduler: en högtemperaturreaktorenhet och en energiomvandlingsenhet (PCU). Den första innehåller kärnan och reaktorns kontroll- och skyddssystem (CPS), och den andra innehåller: en gasturbin med en generator , en rekuperator , kylskåp. Energiomvandling är en sluten enslinga Brayton-cykel .

Bränsleelement är mikrosfärer av plutoniumoxid , uranoxid eller nitrid med en diameter på 0,2-0,5 mm i ett flerskiktsskal av pyrolytiskt kol och kiselkarbid . I enlighet med designberäkningar kan ett sådant mikrobränsleelement effektivt hålla kvar fissionsfragment både under normala driftsförhållanden (1250°C) och under nödförhållanden (1600°C).

Båda modulerna i reaktoranläggningen är placerade i vertikala armerade betongschakt under marknivå.

Huvudsakliga tekniska egenskaper

Fördelar

• Hög effektivitet;
• Förenkling av utformningen av kärnkraftverk på grund av reaktorns modulära design;
• Användningen av bränsle i form av mikropartiklar med en flerskikts keramisk beläggning gör det möjligt att effektivt behålla fissionsprodukter vid höga utbränningshastigheter (upp till 640 MW dag/kg) och temperaturer (upp till 1600 °C);
• Användningen av en ringformig kärna med låg effekttäthet gör det möjligt att utföra avlägsnandet av restvärme från reaktorn med hjälp av naturliga luftcirkulationsmetoder;
• Multipel redundans av kontroll- och skyddssystem;
• Användningen av helium som kylmedel , ett ämne som är kemiskt inert och inte påverkar neutronbalansen ;
• Projektet ger också möjlighet att göra sig av med plutonium av vapenkvalitet . En GT-MGR-enhet, bestående av fyra reaktorer, kan behandla 34 ton av detta ämne under sin drift. I enlighet med konstruktionsdokumentationen kan sådant bestrålat bränsle kasseras utan ytterligare behandling.

Nackdelar

• Låg effekt. För att ersätta en VVER-1000 -enhet krävs fyra GT-MGR-enheter. Denna nackdel orsakas, å ena sidan, av användningen av ett gaskylmedel , som har en låg värmekapacitet jämfört med vatten eller natrium , och, å andra sidan, av den låga energiintensiteten hos kärnan som ett resultat av möte ökade reaktorsäkerhetskrav. Denna funktion ställer tvivel på argumenten om att förenkla utformningen av kärnkraftverk med GT-MHR;
• Bildandet av en stor mängd långlivat β-aktivt kol 14 C i grafitmoderatorn , som inte har några acceptabla metoder för bortskaffande, och de reserver som ackumulerats under driften av RBMK-reaktorer är redan ganska stora. När 14C släpps ut i miljön tenderar det att ackumuleras i levande organismer;
• Avsaknad av ett acceptabelt system för upparbetning och bortskaffande av använt bränsle. Bearbetningen av ämnen som innehåller kisel är mycket svår för kemisk teknik. Så snart bränsle kommer in i reaktorn kommer det att permanent tas bort från kärnbränslecykeln.
• För närvarande finns det ingen beprövad industriell teknik för produktion av bränsleelement från plutonium , vilket är förknippat med dess extremt komplexa kemi. Att etablera sådan produktion kräver kapitalinvesteringar som är jämförbara eller till och med överstigande investeringar i uranbearbetning i kärnkraftsindustrins hela historia. Därför ser uttalandet om användningen av GT-MHR för bortskaffande av vapenplutonium ganska tveksamt ut. Samtidigt bör det också beaktas att endast cirka 400 ton plutonium har ackumulerats i världen, det vill säga det kan räcka för livscykeln för endast 10 kraftenheter (4 reaktorer vardera).
• Användningen av helium som kylvätska , eftersom i händelse av en olycka i samband med tryckavlastning av reaktorn, kommer hela kylvätskan oundvikligen att ersättas av tyngre luft.

Milstolpar

• 1995-1997 - konceptdesign.
• 2000-2002 - preliminär design.
• 2003-2005 - tekniskt projekt.
• 2005-2008 — Driftsättning av bränsleproduktion för prototypmodulen.
• 2009-2010 — Driftsättning av GT-MGR-prototypmodulen.
• 2007-2011 — Driftsättning av bränsleproduktion för 4-moduls kraftaggregatet AS GT-MGR.
• 2012-2015 — idrifttagning av en 4-moduls kraftenhet AS GT-MG

För närvarande finns det mer detaljerad utveckling av projektet.

Projektutsikter

Ur en professionell synvinkel är projektet ganska intressant, men på grund av de angivna bristerna verkar dess industriella genomförande tveksamt och dessutom utopiskt.

Se även

• Kärnreaktor
• Tryckvattenreaktor
• Grafit-gas reaktor
• Kärnbränsle
• Kärnbränslecykeln

Anteckningar

Länkar

• Projektets hemsida
• Ian Gore-Lacy, "Nuclear Electricity", Kapitel 4.3 New Generation Reactors (I Hore-Lacy, Nuclear Electricity ISBN 0-9593829-8-4 )
• Thomas B. Kinger, Nuclear Energy Encyclopedia: Science, Technology, and Applications; 22.7.1 GT-MHR (sida 247)
• Ran F., Adamantiades A., Kenton J., Brown C. Handbook of Nuclear Energy Technologies / Ed. V. A. Legasova. — M.: Energoatomizdat, 1989. — 752 sid.
• Kostin V.I. UTVECKLING AV PROJEKTET AV ENHETEN FÖR ENERGOMÄNDNING GT-MGR // Atomnaya Energiya . - 2007. - T. 102 . - S. 57-63 .
• Kostin VI, Kodochigov NG, Vasyaev AV, Golovko VF Power Conversion Unit med direkt gasturbincykel för elkraftproduktion som en del av GT-MHR Reactor Plant Proc. av HTR-2004 // Konferens om gaskylda högtemperaturreaktorer, Peking, Kina, sep. 22-24, 2004.
• Boyko V.I. UTVÄRDERING AV GRAFITRESURSEN FRÅN BRÄNSLEBLOCKEN I REAKTORN GT-MGR  // Bulletin från Tomsk Polytechnic University. - 2005. - T. 308 . - S. 81-84 .
• V.F. Zelensky, N.P. Odeychuk, V.K. Yakovlev, V.A. Gurin. AKTUELL STATUS FÖR ARBETEN PÅ HÖGTEMPERATURGASKYLDA REAKTORER (HTGR) I VÄRLDEN OCH UTSIKTER FÖR DESS TILLÄMPNING I UKRAINA  // Problems of Atomic Science and Technology. - 2009. - Utgåva. 4-2 . - S. 247-255 .
• AI Kiryushin, NG Kodochigov, NG Kuzavkov et al. Projekt av GM-MHR högtemperatur heliumreaktor med gasturbin // Nucl. Engn. Design.. - 1997. - T. 173 . — S. 119-129 .
• N.G. Kodochigov et al. Beräknings- och experimentella studier av de neutronfysikaliska egenskaperna hos GT-MGR-kärnan // Atomnaya Energiya . - 2007. - T. 102 , nr. 1 . - S. 63-68 .
• L. Popov. Helium kärnkraftverk lovar att inte explodera (membrana.ru, 29 augusti 2005).
• A. Ruchkin. Helium kommer att tjäna kärnkraftsindustrin . (Neftegaz.RU, 15 oktober 2009).