WR-1 - WR-1

В Реактор Whiteshell № 1, или же WR-1, был канадцем исследовательский реактор расположен в AECL с Whiteshell Laboratories (WNRL) в Манитоба. Он был построен для проверки концепции Реактор типа CANDU который заменил тяжелая вода охлаждающая жидкость с масло субстанция. Это имело ряд потенциальных преимуществ с точки зрения стоимости и эффективности.

Реактор мощностью 60 МВт был спроектирован и построен канадской General Electric за 14,5 млн канадских долларов.^[1] Это достигнуто критичность 1 ноября 1965 г.^[1] и полная мощность - в декабре 1965 года. Попытка коммерциализировать конструкцию началась в 1971 году, но закончилась в 1973 году, когда агрегаты с тяжелым водяным охлаждением стали стандартом. С тех пор WR-1 работал с пониженными пределами мощности для облучение эксперименты и прогрев сайта WNRE.

WR-1 был остановлен в последний раз в 1985 году, слили топливо, а по состоянию на 2013 год^{[Обновить]} переживает вывод из эксплуатации планируется завершить в 2023 году.

Дизайн

Основное деление

Природный уран состоит из смеси изотопы, по большей части ²³⁸U и гораздо меньшее количество ²³⁵U. Оба эти изотопа могут подвергаться деление при ударе нейтрон достаточной энергии, и как часть этого процесса, они будут испускать нейтроны средней энергии. Однако только ²³⁵U может делиться под действием нейтронов от других атомов урана, что позволяет ему поддерживать цепная реакция. ²³⁸U нечувствителен к этим нейтронам и, следовательно, не делящийся подобно ²³⁵U. Хотя ²³⁵U чувствителен к этим нейтронам, скорость реакции значительно улучшается, если нейтроны замедляются от их первоначальных релятивистских скоростей до гораздо более низких энергий, так называемых тепловой нейтрон скорости.

В массе чистого природного урана количество и энергия нейтронов, выделяющихся в результате естественного распада, слишком малы, чтобы вызвать заметные события деления в нескольких ²³⁵Присутствуют атомы U. Чтобы увеличить скорость захвата нейтронов до точки, где может произойти цепная реакция, известная как критичность, система должна быть изменена. В большинстве случаев топливная масса разделяется на большое количество более мелких топливные пеллеты а затем окруженный какой-то формой замедлитель нейтронов который замедлит нейтроны, тем самым увеличивая вероятность того, что нейтроны вызовут деление в ²³⁵U в других гранулах. Часто самый простой модератор - это обычная вода; когда нейтрон сталкивается с молекулой воды, он передает ей часть своей энергии, повышая температуру воды и замедляя нейтрон.

Основная проблема использования обычной воды в качестве замедлителя заключается в том, что она также поглощает часть нейтронов. Нейтронный баланс в естественной смеси изотопов настолько близок, что даже небольшое количество поглощаемых таким образом означает, что их слишком мало для поддержания критичности. В большинстве конструкций реакторов это решается путем небольшого увеличения количества ²³⁵U относительно ²³⁸U, процесс, известный как обогащение. Получающееся в результате топливо обычно содержит от 3 до 5% ²³⁵U, по сравнению с естественным значением чуть менее 1%. Остаток материала, который теперь почти не содержит ²³⁵U и состоящий из почти чистых ²³⁸U известен как обедненный уран.

Обычный CANDU

Конструкция CANDU решает проблему замедления, заменяя обычную воду на тяжелая вода. У тяжелой воды уже есть дополнительный нейтрон, поэтому вероятность того, что нейтрон деления будет поглощаться во время замедления, в значительной степени исключена. Кроме того, он подвержен другим реакциям, которые еще больше увеличивают количество нейтронов, выделяемых во время работы. В нейтронная экономика улучшен до такой степени, что даже необогащенный природный уран будет поддерживать критичность, что значительно снижает сложность и стоимость заправки реактора, а также позволяет использовать ряд альтернативных топливных циклов, в которых смешиваются еще менее реактивные элементы. Обратной стороной этого подхода является то, что ²³⁵Атомы U в топливе распространяются через большую массу топлива, что делает активную зону реактора больше для любого заданного уровня мощности. Это может привести к увеличению капитальных затрат на строительство активной зоны реактора.

Чтобы решить проблему стоимости, CANDU использует уникальную компоновку активной зоны реактора. Обычные конструкции реакторов состоят из большого металлического цилиндра, содержащего топливо и замедляющую воду, который работает под высоким давлением, чтобы повысить температуру кипения воды и более эффективно отводить тепло. Во время разработки CANDU в Канаде не хватало оборудования для изготовления таких больших сосудов под давлением, особенно достаточно больших, чтобы работать на природном уране. Решение заключалось в том, чтобы заключить тяжелую воду под давлением в трубки меньшего размера, а затем вставить их в гораздо более крупный сосуд низкого давления, известный как Каландрия. Одно из основных преимуществ этой схемы состоит в том, что топливо может быть удалено из отдельных трубок, что позволяет дозаправлять конструкцию во время работы, в то время как традиционные конструкции требуют остановки всей активной зоны реактора. Небольшим недостатком является то, что трубки также поглощают некоторое количество нейтронов, но этого недостаточно, чтобы компенсировать улучшенную нейтронную экономию конструкции с тяжелой водой.

Органическая охлаждающая жидкость

Существенная проблема с использованием любого типа воды в качестве охлаждающей жидкости заключается в том, что вода имеет тенденцию растворять топливо и другие компоненты и в конечном итоге становится очень радиоактивной. Это смягчается за счет использования специальных сплавов для трубок и обработки топлива в керамической форме. Несмотря на то, что это эффективно для снижения скорости растворения, это увеличивает стоимость обработки топлива, а также требует материалов, чувствительных к нейтронное охрупчивание. Еще одна проблема заключается в том, что вода имеет низкий точка кипения, ограничивающие рабочие температуры. Материал с более высокой температурой кипения может работать при более высоких температурах, что увеличивает эффективность извлечения энергии и позволяет уменьшить размер активной зоны.

Это была основная посылка органический ядерный реактор дизайн. В схеме CANDU и замедлитель, и охлаждающая жидкость использовали тяжелую воду, но для этого не было никаких причин, кроме целесообразности. Поскольку основная часть замедления происходила в массе каландрии, замена небольшого количества в топливных трубках на какой-либо другой хладагент была простой, в отличие от обычных конструкций с легкой водой, где необходимо было бы добавить какой-либо другой замедлитель.^[а] Использование масла означало, что проблемы с коррозией были значительно уменьшены, позволяя использовать более обычные металлы, а также уменьшать количество растворенного топлива и, в свою очередь, излучения в системе охлаждения. Выбранная органическая жидкость OS-84 представляет собой смесь терфенилы каталитически обработанный водород производить 40 процентов насыщенные углеводороды. Терфенилы являются нефтехимический производные, которые были легко доступны и уже использовались в качестве теплоносителя.

Кроме того, используя материал с более высокой температурой кипения, реактор может работать при более высоких температурах. Это не только уменьшило количество хладагента, необходимого для отвода заданного количества энергии, и тем самым уменьшило физический размер активной зоны, но также повысило эффективность турбины используется для извлечения этой энергии для производства электроэнергии. WR-1 работал с температурами на выходе до 425 ° C,^[1] по сравнению с примерно 310 ° C в обычном CANDU. Это также означало, что нет необходимости повышать давление охлаждающей жидкости сверх того, что необходимо для проталкивания ее через охлаждающие трубки с требуемой скоростью. Это позволило сделать топливные трубки тоньше, уменьшив количество нейтронов, теряемых при взаимодействии с трубками, и еще больше увеличив экономию нейтронов.

Реактор имел вертикальные топливные каналы, в отличие от обычного устройства CANDU, где трубы расположены горизонтально. В реакторе не использовались обычные регулирующие стержни, но для регулирования выходной мощности использовался контроль уровня тяжелого водного замедлителя. Реактор можно было остановить быстро (SCRAMed ) по быстрому сбросу модератора.

В 1971 году AECL инициировала проектирование CANDU-OCR мощностью 500 МВт (эл.) На основе карбидного урана. Карбидное топливо могло подвергаться коррозии в воде, но в версии с масляным охлаждением это не было проблемой. Карбидное топливо было намного проще производить, чем более сложную керамику, используемую в большинстве конструкций реакторов. Этот проект был прекращен в 1973 году, но WR-1 все равно проверил концепцию. Другой возможностью было использование металлического топлива, которое увеличило бы плотность топлива и обеспечило бы более высокую сжечь. Металлическое топливо лучше проводит тепло, так что в том же пространстве можно использовать активную зону с большей мощностью.

Несчастные случаи

В ноябре 1978 г. авария с потерей теплоносителя. Вылилось 2739 литров охлаждающей жидкости, большая часть которой попала в реку Виннипег. На ремонт у рабочих ушло несколько недель. В 1980 году произошла еще одна утечка 680 литров.^[2][3]

Положение дел

WR1 был остановлен в последний раз по экономическим причинам 17 мая 1985 г., хотя он был самым молодым из AECL большие исследовательские реакторы. Реактор находится на промежуточной стадии вывода из эксплуатации, топливо выгружено и большая часть разобрана. Сайт будет возвращен статус с нуля в конце вывода из эксплуатации.

Смотрите также

• Джентильи АЭС, реактор CANDU с кипящей водой

Примечания

Рекомендации

внешняя ссылка

• Канадский ядерный FAQ
• AECL - Атомная энергия Канады Лимитед
• Атомная энергия Канады Лимитед
• Реактор Whiteshell № 1
• WR-1, УНИКАЛЬНЫЙ СРЕДИ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РЕАКТОРОВ
• Канадская ядерная ассоциация