Հոկտեմբերյան «Նոր միջուկային էներգիա» համաժողովում Ռոսատոմի թոփ-մենեջերները, գիտնականներն ու ինժեներները խոսեցին ռուսական ռեակտորների տեխնոլոգիաների զարգացման առանցքային ուղղությունների մասին: Դրանցից մեկը՝ իրենց գերազանց դրսևորված ՋՋԷՌ մեծ և միջին ռեակտորների կատարելագործումն է։ Պատմում ենք, թե ինչ է ՋՋԷՌ-Ս-ը` ջրա-ջրային էներգետիկ ռեակտոր` սպեկտրային կարգավորումով:
Ստեղծման համառոտ տարեգրություն
1980-ականներին ամբողջ աշխարհում դիտարկվում էր ռեակտիվության սպեկտրային վերահսկման հայեցակարգը` մեղմացնելով նեյտրոնային սպեկտրը՝ մեծացնելով դանդաղեցուցչի ծավալը: Ծավալը կարող է մեծացվել երկու եղանակով՝ օգտագործելով այրման ընթացքում ակտիվ գոտուց հեռացվող տեղահանիչներ կամ նոսրացնել ջերմակրիչը ծանր ջրով: Սպեկտրային կարգավորումը դիտարկվում էր որպես վառելիքի խնայողության միջոցներից մեկը՝ տրոհվող իզոտոպեր արտադրության միջոցով։
Այյն ժամանակ գաղափարը դրվել է մի կողմ և դրան վերադարձել են 2005 թվականին։ Վլադիմիր Ասմոլովի (այժմ՝ պետկորպորացիայի գլխավոր տնօրենի խորհրդական) ղեկավարությամբ աշխատանքներ են տարվել «սուպեր-ՋՋԷՌ»-ի մշակման ուղղությամբ։ Ուղղություններից մեկը սպեկտրային կարգավորում ունեցող ռեակտորն էր։ Դրա համար դիտարկվել է միջին հզորության 600 ՄՎտ(է) ռեակտոր։ ՋՋԷՌ-Ս-ի վերարտադրման նախատեսվող գործակիցը՝ 0,7 – 0,8 է: Համեմատության համար նշենք, որ սովորական ՋՋԷՌ-ում՝ 0,35 – 0,4 է: Կատարվել է մի շարք աշխատանքներ, դրանց արդյունքները հիմք են հանդիսացել հետազոտության հաջորդ փուլի համար։ 2019-2020 թվականներին շարունակվել է ՋՋԷՌ-ի զարգացման այս հայեցակարգի մշակումը։ Կատարված հետազոտությունների արդյունքները ցույց են տվել, որ հնարավոր է ատոմակայան կառուցել ՋՋԷՌ-Ս ռեակտորով մրցունակ տեխնիկատնտեսական ցուցանիշներով։
ՋՋԷՌ-Ս նախագծի մշակումը ներկայումս ուղղված է հինգ խնդիրների լուծմանը։ Առաջինը՝ նվազեցնել բնական ուրանի սպառումը բաց միջուկային վառելիքային ցիկլում։ Երկրորդը՝ ապահովել ռեակտորի արդյունավետ աշխատանքը ուրանի-պլուտոնիումային վառելիքի ամբողջական բեռնվածությամբ՝ 0,7-0,8 վերարտադրության գործակցով փակ միջուկային վառելիքային ցիկլում: Երրորդը՝ 100-40-100% միջակայքում ռեակտորի աշխատանքի օրական էներգիայի կարգավորման ռեժիմով ապահովելն է։ Չորրորդը՝ սկզբունքորեն նոր նախագծային լուծումների շնորհիվ էներգաբլոկների կառուցման ժամանակի և ծախսերի կրճատումն է: Հինգերորդ՝ ռադիոակտիվ թափոնների ծավալի կրճատում։
ՋՋԷՌ-Ս տեխնոլոգիան հիմնված է ՋՋԷՌ ռեակտորային կայանքների շահագործման կուտակված փորձի վրա: Եվ չնայած չի կարելի ասել, որ ՋՋԷՌ-Ս-ի համար դիտարկվող լուծումները գերնոր են, գիտնականները, ինժեներները և կոնստրուկտորներն ուսումնասիրել են առաջարկների լայն շրջանակ, որոնք բարելավում են նախագծի բնութագրերը: Նորարարությունների համադրությունը թույլ է տալիս այն դիտարկել որպես հեռանկարային առաջարկ ներքին և արտաքին շուկաների համար։
ՋՋԷՌ-Ս տեխնոլոգիան առկա է մինչև 2050 թ․ Ռուսաստանի միջուկային էներգետիկայի զարգացման և մինչև 2100 թ․ հեռանկարների ռազմավարությունում, որը հաստատվել է պետկորպորացիայի դիտորդական խորհրդի կողմից 2021 թվականին:
Ինչպես է դա աշխատում
«Ավանդական ՋՋԷՌ տեխնոլոգիայում, ռեակտորի շահագործման ընթացքում ռեակտիվության այրման և կարգավորման նպատակով ռեակտիվության սկզբնական պաշարի հատուցման համար օգտագործվում է բորային կարգավորման համակարգ՝ առաջին կոնտուրի ջերմակրիչում բորի թթվի կոնցենտրացիայի փոփոխություն», — պատմում է ՋՋԷՌ-Ս նախագծի կառավարման նախագծային գրասենյակի ղեկավար Վիկտոր Մոխովը:
Սպեկտրային կարգավորումը ՋՋԷՌ-Ս-ում տեղի է ունենում ջրա-ուրանային հարաբերակցության փոփոխության հաշվին ռեակտորի աշխատանքի ընթացքում, երբ վառելիքի հատուկ հավաքման ալիքներում տեղակայված ջրի մեխանիկական տեղահանիչները հանվում են ակտիվ գոտուց: Ակտիվ գոտում ընկղմված տեղահանիչների շնորհիվ արշավի սկզբում դանդաղեցուցչի ծավալն ավելի փոքր է, ուստի ակտիվ գոտում նեյտրոնների սպեկտրն ավելի կարծր է: Սա հանգեցնում է տրոհվող կենտ իզոտոպերի տրոհման կտրվածքի նվազմանը և ուրանի-238 իզոտոպի ռեզոնանսային գրավման կտրվածքի ավելացմանը: Երկու էֆեկտն էլ հանգեցնում են ակտիվ գոտու բազմացման հատկությունների նվազմանը և տրոհվող 239Pu-ի կուտակման ավելացմանը, ինչը խնայում է տրոհվող նյութը վառելիքի տարեկան բեռի մեջ: Սպեկտրի կարծրացման լրացուցիչ ազդեցությունը՝ ուրանի-238 իզոտոպում տրոհումների համամասնության ավելացումն է: Երբ տեղահանիչները հեռացվում են, սպեկտրը կարծր շրջանից տեղափոխվում է ջերմային շրջան, ինչը հանգեցնում է ռեակտիվության բարձրացման:
Այրման գործընթացում ռեակտիվությունը կարգավորելու համար տեղահանիչների կիրառումը թույլ է տալիս հրաժարվել ռեակտորի աշխատանքի ընթացքում բորային կարգավորման օգտագործումից: Այնուամենայնիվ, ՋՋԷՌ տիպի ռեակտորներում բորային կարգավորումից լիակատար հրաժարվելը դժվար իրագործելի է, քանի որ անվտանգության պահանջներին համապատասխան, պահանջվում է երկու անկախ համակարգ՝ հիմնված տարբեր ֆիզիկական սկզբունքների վրա, որոնք ապահովում են ռեակտորի պահպանումը ենթակրիտիկական վիճակում:
Վառելիքի և սարքավորումների առանձնահատկությունները
Մշակողները կարծում են, որ ՋՋԷՌ-Ս-ը՝ ՋՋԷՌ տեխնոլոգիայի էվոլյուցիան է, որն ուղղված է միջուկային վառելիքային բաց ցիկլից փակի անցմանը և երկկոմպոնենտ միջուկային էներգիայի արդյունավետ շահագործմանը:
ՋՋԷՌ-Ս-ի համար դիտարկվում է վառելիքային հավաքների երկու կոնստրուկցիա: Առաջինը՝ դասական է, բայց կառավարման և պաշտպանության համակարգի (ԿՊՀ) կլանիչ ձողերի տեղադրման ալիքների ավելացված քանակով, ինչը հնարավորություն է տալիս առանձնացնել «մոխրագույն» ԿՊՀ-ի մի մասը ռեակտիվության կառավարման համար: Երկրորդը՝ էվոլյուցիոն է, ջերմարտազատող տարրերի ճաղավանդակի փոքրացված քայլով և տեղահանիչների տեղադրման կապուղիներով, որոնք հնարավորություն են տալիս փոխել ջուր-ուրանի հարաբերակցությունը վառելիքի հավաքակազմում 1,5 — 2,0 միջակայքում:
ՋՋԷՌ-Ս-ի ջերմարտազատող տարրերի և հիմնական ռեակտորային սարքավորումների համար հնարավորինս կօգտագործվեն համաչափ լուծումներ: Սարքավորումների հիմնական տեխնիկական լուծումները հիմնված են ԱԷԿ-2006-ի և ԱԷԿ ՋՋԷՌ-ՏՈԻ-ով փորձված լուծումների վրա: Ռեակտորի ջերմային հզորությունը կկազմի 1600 ՄՎտ։ Էլեկտրականը՝ մինչև 650 ՄՎտ: ՕԳԳ՝ 38%: Ռեակտորի համար նախատեսվում է օգտագործել ՋՋԷՌ-1000-ի համար մշակած մեծ իրան՝ անհրաժեշտ քանակությամբ վառելիք և տեղահանիչներ տեղավորելու համար:
ՋՋԷՌ-Ս-ում ակտիվ գոտին ամբողջությամբ կլցվի ուրան-պլուտոնիումային վառելիքով, ինչը թույլ կտա նման ռեակտորային կայանքով կայաններին առավել արդյունավետ կերպով տեղավորվել երկկոմպոնենտ էներգետիկայի հայեցակարգում:
Կոլայի ատոմակայանում
ՋՋԷՌ-Ս-ի համար ընտրվել է միջին հզորություն, որպեսզի Ռոսատոմը կարողանա պոտենցիալ հաճախորդներին ներկայացնել շահագործումից հանվող ածխային ջերմաէլեկտրակայանների փոխարինման և թերի զարգացած ցանցային ենթակառուցվածքով տարածաշրջանների և փակ էներգահանգույցների էլեկտրամատակարարման մրցակցային առաջարկներ։
Կոլա ԱԷԿ-ը ընտրվել է ՋՋԷՌ-Ս ռեակտորային կայանքով առաջին էներգաբլոկը տեղակայելու համար, քանի որ գործող առաջին սերնդի ՋՋԷՌ-440 էներգաբլոկները շուտով պետք է շահագործումից դուրս բերվեն։ Ռուսաստանի Դաշնությունում էլեկտրաէներգիայի օբյեկտների տեղակայման ընթացիկ ընդհանուր սխեմայի համաձայն, ՋՋԷՌ-Ս-ով էներգաբլոկ կարող է կառուցվել մինչև 2035 թվականը, եթե հիմնավորվեն նախագծային տեխնիկական լուծումները, և նախագիծը կլինի մրցունակ ավանդական ՋՋԷՌ և այլընտրանքային գեներացնող աղբյուրների համեմատ: ՋՋԷՌ-Ս-ով ԱԷԿ-երը կարող են առաջարկվել նաև արտաքին շուկային, քանի որ Կոլա ԱԷԿ-ում, ինչպես նախատեսված է, կփորձարկվեն տեխնոլոգիական լուծումները և կապացուցվի էներգաբլոկի գործունակությունը նոր ռեակտորային կայանքով:
Մշակման փուլերը
Հետազոտական աշխատանքներն արդեն ավարտված են, ռեակտորի և ռեակտորային կայանքի նախագծումը ընթանում է ամբողջ ծավալով: Ընթացքի մեջ են էներգաբլոկի և ընդհանուր առմամբ ատոմակայանի հիմնական տեխնիկական լուծումների մշակումը։ Ընթացքի մեջ են նաև ՋՋԷՌ-Ս նախագծում ընդունված տեխնիկական լուծումները հիմնավորելու նպատակով հետազոտություն և մշակում։ Մինչև 2024 թվականի վերջ կհրապարակվեն փաստաթղթեր, որոնք թույլ կտան գնահատել ինքնարժեքը, մշակման հեռանկարը։ Կոլա ԱԷԿ-2 նոր հարթակում առաջին բլոկի էներգագործարկումը նախատեսված է 2035 թվականին:
