В новом году мы запускаем новую рубрику — «Реакторные технологии». В ней мы будем рассказывать о новых и интересных видах реакторов, которые разрабатывают ученые и инженеры Росатома. Начнем со свинцово-висмутовых быстрых. Технология известна давно, впервые свинец-висмут использовали в лодочных реакторах. Теперь российские ученые разрабатывают наземные варианты разной мощности.
Особенности теплоносителя
У свинца-висмута выгодные теплофизические свойства. Сплав имеет достаточно низкую (123 °C) температуру плавления (для сравнения, у свинца она 327 °C). Это значит, что нет необходимости создавать жаропрочные конструкционные материалы. А температура кипения, напротив, высока (1670 °C). Поэтому можно получить очень горячий пар при сравнительно низком давлении (высокое давление в первом контуре — особенность, которую приходится учитывать при создании реакторов типа PWR, в том числе ВВЭР). Чем выше температура пара, тем выше КПД энергоустановки. Кроме того, в отличие от натрия, свинец-висмут не вступает в реакции с воздухом и водой, поэтому исключены взрывы с выбросами водорода и пожары.
Немного истории
Быстрые реакторы планировали использовать для наработки плутония — ядерное топливо уже в начале советского атомного проекта думали делать возобновляемым. Причина прозаична: крупных месторождений урана тогда в СССР еще не нашли, стояла стратегическая задача энергообеспечения страны. Свинец-висмут «проиграл в конкуренции» с натрием за использование в быстром реакторе — с натрием плутоний нарабатывается быстрее. Однако свинец-висмут не забыли. Александр Лейпунский, один из отцов-основателей атомного проекта и научный руководитель программы создания реакторов на быстрых нейтронах, предложил использовать сплав для создания реакторов для атомных подводных лодок (АПЛ).
Тема была новая, знаний о свойствах свинца-висмута не хватало. Были построены десятки стендов, но все торопились, поэтому изучать, проектировать и строить АПЛ приходилось чуть ли не одновременно. Нехватка знаний приводила к тому, что изучать свойства реактора приходилось даже в процессе эксплуатации — устраняли неполадки, затем корректировали регламенты изготовления и использования. В итоге в ВМФ до 1996 года прослужили шесть АПЛ со свинцово-висмутовыми реакторами, общая наработка во всех режимах составила около 80 реакторо-лет, были подтверждены достоинства и основные характеристики, заложенные в проекте.
Выход на землю. СВБР‑100
Во второй половине 1990‑х был создан концептуальный проект АЭС с двумя блоками электрической мощностью 1600 МВт на базе реактора СВБР мощностью 100 МВт — по 16 модулей в каждом блоке. Потом работа приостановилась. В 2006 году она получила новый толчок — началось проектирование опытной установки.Затем появилось совместное предприятие Росатома и «Иркутскэнерго» — «АКМЭ-Инжиниринг». Сейчас идет реализация проекта.
Планируемая мощность СВБР — 100–130 МВт. Реактор может работать как на урановом, так и на уран-плутониевом топливе, как оксидном, так и нитридном. Также в СВБР‑100 можно загружать топливо с минорными актинидами с содержанием до нескольких процентов. Реакторную установку предполагается разместить в герметичном боксе, а все системы — в здании-оболочке с толщиной стен 1,5 м.
Росатом также самостоятельно разрабатывает два реактора со свинцово-висмутовым теплоносителем — СВЕТ-М и СВГТ‑1.
СВЕТ-М
«СВЕТ-М» расшифровывается как «свинцово-висмутовый реактор с естественной циркуляцией теплоносителя — модульный». Это ядерный реактор на быстрых нейтронах интегрального типа, в нем системы первого контура размещены в одной оболочке, а трубопроводы и арматура первого контура отсутствуют — они не нужны. Его главная особенность — естественная циркуляция. Это значит, что в схеме отсутствуют циркуляционные насосы, а теплоноситель движется за счет разницы давления в горячей активной зоне и условно «холодном» парогенераторе. Благодаря большой температурной разнице свинца-висмута в горячей и «холодной» частях контура создается более высокий (по сравнению с другими теплоносителями) напор, поэтому высоту реакторной установки можно снизить, тем самым сократив расход материалов.
«СВЕТ-М»разрабатывается в диапазоне электрической мощности от 1 до 50 МВт, наиболее проработана конструкция на 10 МВт. Температура пара на выходе из пароперегревателя — 445℃. Благодаря высокой температуре у установки высокий КПД. СВЕТ-М, как и СВБР‑100, может работать на урановом и уран-плутониевом топливе, как оксидном, так и нитридном. Разрабатывает СВЕТ-М «Гидропресс» (входит в «Атомэнергомаш», машиностроительный дивизион Росатома). В этом году инженеры разработали сокращённый эскизный проект.
СВГТ‑1
Реактор СВГТ‑1 разрабатывает ГНЦ РФ — ФЭИ (Физико-энергетический институт, входит в научный дивизион Росатома). Название расшифровывается как «Свинец-висмутовый газотурбинный, 1 мегаватт электрический». По классификации МАГАТЭ он относится к микрореакторам. Как отметил в интервью порталу Atominfo.ru начальник лаборатории программно-методического обеспечения и расчётно-экспериментального обоснования безопасности быстрых реакторов ГНЦ РФ — ФЭИ Антон Вербицкий, установка — это симбиоз свинцово-висмутового реактора и газотурбинной установки. В СВГТ‑1 тоже отсутствуют насосы, циркуляция естественная. В настоящее время реактор находится на стадии предварительной проработки, составлен план работ по доведению до технического проекта. Если план будет одобрен, через три года можно будет к техпроекту приступать. Общий цикл разработки будет длится, по предварительным оценкам, около семи — десяти лет.
Все разработчики считают свинцово-висмутовые проекты перспективными из-за выросшего интереса к атомным станциям малой мощности и естественной безопасности теплоносителя.
