Лента
04 декабря 13:48
Все новости
Публицист Анпилогов: В России переходят к четвертому поколению ядерных реакторов — первыми в мире
pixabay.com  /  ulleo

В России в ближайшие годы будет создан новый тип ядерных реакторов — со сверхкритическим теплоносителем. Новые реакторы в программе Росатома получили наименование ВВЭР-СКД (сверхкритическое давление) и станут развитием уже хорошо проверенной и зарекомендовавшей себя линейки водо-водяных реакторов типа ВВЭР.

Что дает переход на реакторы со сверхкритическим теплоносителем? И почему именно Россия может возглавить эти инновационные исследования, находящиеся на самом переднем крае мировой науки и технологии?

Обычная необычная вода

Что такое «сверхкритический теплоноситель»? Это, как ни странно, обычная привычная нам вода, просто находящаяся в непривычном для нас и даже парадоксальном состоянии. Все дело в том, что у воды, как и у всякой жидкости, есть так называемая критическая точка по температуре, выше которой состояния «жидкости» или «пара» уже неразличимы — жидкая и паровая фазы образуют неразделимый конгломерат с промежуточными свойствами.

При нормальном давлении мы такой эффект наблюдать не можем — более привычным для нас процессом является кипение чайника при температуре в 100 градусов, которое не позволяет воде нагреться выше этой температуры. Впрочем, даже школьники и домохозяйки знают, что температура кипения воды — это чистая условность, так как в горах из-за более низкого атмосферного давления на высоте вода закипает при меньших температурах, а в кухонной скороварке, закрытой герметичной крышкой, — при больших.

Подобные процессы происходят и в парогенераторах тепловых или ядерных электростанций — с той разницей, что давление там гораздо выше и, как следствие, выше температура кипения воды. Но такая высокая температура позволяет поднять коэффициент полезного действия (КПД) электростанций, поскольку тепловые машины работают от разницы температур, причем чем она выше — тем выше их КПД.

Публицист Анпилогов: В России переходят к четвертому поколению ядерных реакторов — первыми в мире
pexels.com / ThisIsEngineering

Например, в АЭС с реакторами типа ВВЭР температура воды в первом контуре равна 300340 градусов, но за это приходится расплачиваться повышением давления — оно внутри корпуса реактора достигает 160 атмосфер. Причем в первом контуре реакторов ВВЭР циркулирует именно вода, а не пар — это важно с точки зрения конструкционной и радиационной безопасности.

Все дело в том, что для устойчивой работы водо-водяного реактора необходим режим, при котором массовое паросодержание в активной зоне реактора не превышает определенную, очень низкую величину. При больших значениях массового содержания пара работа реактора может стать крайне неустойчивой. Такая неустойчивость объясняется тем, что пар вытесняет воду из активной зоны, а это увеличивает свободный пробег нейтронов до момента их замедления, когда они снова могут участвовать в цепной ядерной реакции. При слишком бурном кипении пробег нейтронов возрастает настолько, что реактор получает отрицательную реактивность и мощность реактора начинает падать. Нейтроны просто «вылетают» из активной зоны, не оказывая никакого влияния на цепную реакцию: реактор глохнет.

В этом и состояла всегда основная проблема со сверхкритическим теплоносителем для АЭС: он «глушил» ядерную реакцию. Почему же его всегда хотели получить, несмотря на все неудобства?

«Сверхкритический» — значит наилучший

На сегодняшний день на сверхкритических параметрах пара уже работают новейшие угольные блоки. Суперсовременные сверхкритические угольные блоки сейчас надежно работают при температурах в 600650 градусов, которые в два раза выше, чем у водо-водяных реакторов АЭС. Такая температура позволяет достигнуть для таких блоков крайне высокого КПД — 4953% — против 2530% для большинства блоков АЭС. Но расплачиваться за это приходится немалым повышением давления внутри блоков — оно для сверхкритического теплоносителя достигает 290310 атмосфер, тоже где-то вдвое выше, чем для блоков АЭС.

Публицист Анпилогов: В России переходят к четвертому поколению ядерных реакторов — первыми в мире
pppl.gov / Принстонский университет

Большая часть сверхкритических блоков была построена в мире только 2025 лет тому назад, поэтому мы только сейчас получили исчерпывающие данные по надежности их систем в долгосрочном периоде. Сложность создания этих станций подчеркивается даже таким простым фактом, что при таких давлениях и температурах даже высоколегированные стали теряют до 80% своей прочности и каждый следующий десяток градусов вверх дается современным конструкторам электростанций с водяным циклом все труднее и труднее. Поэтому только сейчас конструкторы и инженеры готовы использовать опыт, накопленный при создании и эксплуатации сверхкритических блоков для угольных ТЭС для атомной промышленности.

Поэтому специалистам Росатома в процессе создания блоков с использованием сверхкритической воды необходимо решить две задачи: стабилизировать поток нейтронов в новом реакторе и обеспечить его надежную работу при сверхвысоком давлении. Задача трудная, но игра стоит свеч: за счет более высокого термодинамического КПД возможно поднять мощность реактора практически вдвое, при схожих размерах, режимах работы и расходах ядерного топлива — урана.

Через ВВЭР-С — к ВВЭР-СКД

Первым этапом решения такой комплексной задачи станет создание реактора ВВЭР-С (со спектральным регулированием). В этом реакторе конструкторы Росатома хотят добиться устойчивости нейтронного спектра за счет специальных усовершенствований конструкции блока. В нынешнем году было объявлено, что испытательной площадкой для ВВЭР-С станет Кольская АЭС, где два таких реактора мощностью в 600 МВт, каждый должны планово заменить выводимые из эксплуатации реакторы ВВЭР-440 первого, еще «фукусимского» поколения.

Публицист Анпилогов: В России переходят к четвертому поколению ядерных реакторов — первыми в мире
Росатом /

Новые ВВЭР-600 не только станут надежной заменой устаревших ВВЭР-440, но и должны будут дать необходимый опыт регулирования спектра нейтронов. Это позволит решить задачу «вылета» нейтронов за пределы активной зоны, которая, кроме того, что создавала трудности для режимов работы водо-водяных реакторов, закрывала варианты их свободного регулирования по мощности. А такая возможность крайне необходима для удаленной энергосистемы Кольского полуострова. Важно, что в ВВЭР-С будет использоваться обычная вода под давлением, хорошо отработанная и проверенная в качестве теплоносителя уже на трех предыдущих поколениях реакторов ВВЭР.

Опытная эксплуатация ВВЭР-С даст возможность перейти к созданию реакторов ВВЭР-СКД, уже ориентированных на использование теплоносителя под сверхкритическим давлением. Такие реакторы в мировом атомном сообществе отнесены к перспективным ядерным энергетическим установкам четвертого поколения, причем Россия первой объявила о намерении создать их в рамках утвержденной программы, с четко определенными задачами, сроками и используемыми конструкторскими и технологическими решениями.

Вернуться назад
1 комментарий
Какой вопрос вы задали бы Владимиру Путину?
Написать