Жаңа жылда біз «Реакторлық технологиялар» жаңа тарауын бастаймыз. Онда біз Росатом ғылымдары мен инженерлері әзірлейтін реакторлардың жаңа әрі қызықты түрлері туралы айтамыз. Шапшаң висмутты қорғасыннан бастайық. Технология бұрыннан мәлім, алғашқы рет висмутты қорғасын қайық реакторларында қолданылған. Енді ресейлік ғылымдар әртүрлі қуаттағы жер үсті нұсқаларын әзірлейді.
Жылу тасығыштың ерекшеліктері
Висмутты қорғасынның пайдалы жылу-физикалық қасиеттері бар. Қорытпаның балқыту температурасы айтарлықтай төмен (123℃) болады (салыстыру үшін қорғасынды балқыту үшін ол 327°С). Бұл қызуға берік құрылмалық материалдарды жасауға қажеттіліктің болмауын білдіреді. Ал қайнату температурасы, керісінше, жоғары (1670℃). Сондықтан қысымы салыстырмалы түрде төмен болатын кезде өте ыстық бу алуға болады (бірінші контурдағы жоғары қысым – PWR түріндегі реакторларды, соның ішінде ВВЭР жасаған кезде ескертуге қажет болатын ерекшелік). Неғұрлым бу температурасы жоғары болса, энергия қондырғысының ПӘК та соғұрлым жоғары болады. Осыған қоса, натриймен салыстырғанда, висмутты қорғасын ауамен және сумен реакцияларға түспейді, сондықтан сутек шығарындыларының жарылуы мен өрттер болмайды.
Аздаған тарих
Плутонийдің атқарымы үшін шапшаң реакторларды пайдалануды жоспарлаған – кеңестік атом жобасының басында ядролық отынды жаңартылатын түрінде жасауды ойлаған. Себебі қарапайым: сол кезде КСРО-да уранның ірі кен орындары әлі де табылмаған, елді энергиямен қамту стратегиялық міндеті қойылған. Висмутты қорғасын шапшаң реакторда пайдалану үшін «конкуренция ойынында» натрийге жол берген – натриймен плутоний жылдам жұмыс істейді. Бірақ висмутты қорғасынды ұмытпаған. Александр Лейпунский, атом жобасының негізін қалаушылардың бірі және реакторларды шапшаң нейтрондарда жасау бағдарламасының ғылыми басшысы атом сүңгуір қайықтарына (АСҚ) арналған реакторды жасау үшін қорытпаны пайдалануға ұсынған.
Тақырып жаңа болған, висмутты қорғасынның қасиеттері туралы білім жетпеген. Ондаған стенд құрылған, бірақ бәрі асығыс болған, сондықтан зерттеу, жобалау мен АСҚ құру тіпті қатар жүргізілген. Білім жетпегендіктен, реактордың қасиеттерін тіпті пайдалану барысында зертеу қажеттілігі болатын – кемшіліктерді жойып, кейін өндіру мен пайдалану регламенттері түзетілген. Нәтижесінде, ӘТФ-нда 1996 жылға дейін висмутты қорғасын реакторымен алты АСҚ қызмет етті, барлық режимдерде жалпы істелген жұмысы 80 реактор-жылды құрған, жобаға салынған құндылықтары мен негізгі сипаттамалары расталған.
Жерге шығу. СВБР-100
1990-шы жылдардың екінші бөлігінде 100 МВт қуатымен СВБР реакторы негізінде әрбір блокта 16 модулімен, электр қуаты 1600 МВт болатын, екі блогымен АЭС концептуалды жобасы жасалған. Кейін жұмыс тоқтатылды. 2006 жылы ол жаңа қозғалыс алып, тәжірибелік қондырғыны жобалау басталды. Кейін Росатом мен «Иркутскэнерго» бірлескен кәсіпорны – «АКМЭ-Инжиниринг» пайда болды. Енді қазір жоба іске асырылуда.
СВБР жоспарланған қуаттылығы – 100-130 МВт. Реактор уран отынымен де, уран-плутоний отынымен де, оксидті де, нитридті де отынмен жұмыс істей алады. СВБР-100 ішіне мөлшері бірнеше пайызға дейін болатын, минорлы актинидтері бар отынды да жүктеуге болады. Реактор қондырғысын қымтақты бокста, ал барлық жүйелерді – қабырғалардың қалыңдығы 1,5 м болатын ғимарат-қабықшасында орналастыруға болжамданады.
Росатом висмутты қорғасын жылу тасығышы болатын екі реакторды – СВЕТ-М және СВГТ-1 өзі әзірлейді.
СВЕТ-М
«СВЕТ-М» қысқартылған сөзіне «жылу тасығыштың табиғи айналымымен висмутты қорғасын реакторы – модульді» деп түсінік беріледі. Бұл интегралды түріндегі шапшаң нейтрондағы ядролық реактор, онда бірінші контурдың жүйелері бір қабықшада орналастырылған, ал құбыржолдар мен екінші контурдың жүйелері жоқ – олар керек емес. Оның басты ерекшелігі – ол табиғи айналым. Бұл сұлбада айналым сорғыларының болмауын, ал жылу тасығыш ыстық қарқынды аймақта және шартты «суық» бу генераторында қысым айырмасы есебінен қозғалатынын білдіреді. Контурдың ыстық және «суық» бөліктерінде висмутты қорғасынның температурасының үлкен айырмасы арқылы (басқа жылу тасығыштармен салыстырғанда) аса жоғары арын түзіледі, сондықтан реактор қондырғысының биіктігін төмендетуге болады, сол арқылы материалдардың шығыны да азаяды.
«СВЕТ-М» электр қуаты 1 бастап 50 МВт дейін ауқымында әзірленеді, 10 МВт үшін құрылмасы аса әзірленген. Будың асқынқыздырғышынан шығатын бу температурасы – 445℃. Жоғары температура арқылы қондырғының ПӘК жоғары. СВБР-100 секілді, СВЕТ-М уран отынымен және уран-плутоний отынымен де, оксидті және нитридті отынмен де жұмыс істей алады. СВЕТ-М-ді әзірлейтін «Гидропресс» («Атомэнергомаш» құрамына кіреді, Росатомның машина жасайтын дивизионы). Осы жылы инженерлер қысқартылған эскиздік жобаны әзірлеген.
СВГТ-1
СВГТ-1 реакторын РФ МҒО – ФЭИ (Физика-энергетикалық институт, Росатомның ғылыми дивизионына кіреді). Атауы «Газтурбиналық висмутты қорғасын, 1 электр мегаватт» деп түсіндіріледі. МАГАТЭ жіктелімі бойынша микрореакторларға жатады. Atominfo.ru порталына сұхбат берген кезде РФ МҒО – ФЭИ бағдарламалық-әдістемелік қамтамасыз ету және шапшаң реакторлардың қауіпсіздігін есептік-эксперименталдық негіздеу зертханасының бастығы Антон Вербицкий ескерткендей, қондырғы – бұл висмутты қорғасын реакторының және газтурбиналық қондырғының селбесуі. СВГТ-1 де сорғылары бар, айналымы табиғи. Қазіргі уақытта реактор алдын ала анықтап алу сатысында болып келеді, техникалық жобаға дейін жеткізу жұмыстарының жоспары құрылған. Егер жоспар мақұлданса, үш жылдан кейін техникалық жобаны бастауға болады. Алдын ала бағалау бойынша жалпы әзірлеу кезеңі жеті – онға жуық жыл болады.
Барлық әзірлеушілер шағын қуатты атом станцияларына және жылу тасығыштың табиғи қауіпсіздігіне қызығушылық артқандықтан висмутты қорғасын жобалардың келешегі бар деп санайды.
