И.Х.Ганев, Ю.Н.Кузнецов, А.В.Лопаткин, В.А.Москин, В.А.Решетов

Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники им. Н.А.Доллежаля (НИКИЭТ)

Россия, Москва, 101000, а/я 788

Тел.: +7(495) 268-93-49, Факс: +7(495) 632-29-72, e-mail: resh@nikiet.ru

Введение

            Разработка реактора БЦМТ была начата в НИКИЭТ в 1981г. по предложению академика Н.А.Доллежаля, как базового энергетического реактора для крупных энергокомплексов.

Разработаны предложения по принципиальной конструкции, тепловой схеме, режимам работы, топливным композициям и выбору конструкционных материалов.

            Разработка реактора БЦМТ производилась в НИКИЭТ совместно с другими организациями.

Вопросы создания новых конструкционных материалов и топливных композиций решались экспериментальным путем совместно с ВНИИНМ (Москва).

            Вопросы безопасности рассматривались расчетным путем совместно со специалистами ВНИИЭФ (Саров).

Конструкция и основные свойства реактора БЦМТ

            Принципиальная схема реактора БЦМТ показана на Рис.1. Активная зона представляет собой контейнер, заполненный расплавленным металлическим топливом. Расплавленное топливо вытекает в виде струй через отверстия, расположенные в днище контейнера, в газовую полость под активной зоной, где под действием силы тяжести струи разрываются на капли. Капли топлива падают в натриевый бассейн, расположенный под газовой полостью, где они гранулируются. В нижней части бассейна гранулы подхватываются потоком натрия и поступают в дисперсный теплообменник, и отдают свое тепло натрию. Дисперсный поток гранул топлива и натрия поступает на вход в гидроциклон, где гранулы отделяются от натрия и под действием силы тяжести поступают в активную зону. Нагретый натрий из гидроциклона поступает в промежуточный теплообменник и отдает свое тепло теплоносителю второго контура, затем охлажденный натрий проходит через циркуляционный насос и далее через устройства впрыска приходит в нижнюю часть натриевого бассейна под газовой полостью.

            Как видно из рис.1 существенной особенностью реактора типа БЦМТ является новая теплогидравлическая схема циркуляции топлива. Для ее исследования были созданы расчетные методики. Для проверки методик в НИКИЭТ был разработан и сооружен жидкометаллический стенд КЦМТ, моделирующий теплогидравлические процессы циркуляции расплавленного топлива с фазовым переходом в гомогенном реакторе.

            На стенде КЦМТ был проведен цикл экспериментальных работ. Эти работы показали работоспособность предложенной новой теплогидравлической схемы.

Для исследования границ устойчивости схемы в экспериментах был создан ряд аварийных режимов работы петли стенда, при которых имело место нарушение циркуляции тяжелого компонента. Кроме того, был приближенно смоделирован режим дополнительного выброса расплавленного топлива через сопловой аппарат при скачке мощности и вскипании легкого теплоносителя в зоне перегрева топлива. В реакторе БЦМТ такой процесс наряду с отрицательным температурным коэффициентом реактивности обеспечивает высокую внутреннюю безопасность реактора.

Рис.1. Схема реактора БЦМТ.

1 – активная зона с расплавленным и гранулированным металлическим топливом;

2 – каналы для ввода гранул в активную зону;

3 – стенки контейнера активной зоны;

4 – струи жидкого топлива;

5 – газовая полость;

6 – натриевый бассейн;

7 – гидроциклон;

8 – пусковая сборка;

9 – управляющие стержни;

H – высота активной зоны;

D – диаметр активной зоны.

            Следует отметить, что максимальные температуры расплавленного топлива в реакторе типа БЦМТ такие же или ниже, чем в жидкосолевых реакторах. Это позволяет использовать в качестве прототипа второго контура БЦМТ второй контур реактора БН-600 с такими же температурами.

            Нейтронно-физические расчеты показали, что характеристики реактора БЦМТ приближаются к предельно возможным для быстрых реакторов значениям и существенно превышают характеристики современных типов реакторов. Это обусловлено высокой плотностью топлива и малой долей нетопливных материалов в активной зоне.

Заключение

            Гомогенные реакторы с циркулирующим металлическим топливом типа БЦМТ за счет предельных нейтронно-физических характеристик позволяют намного эффективнее гетерогенных реакторов и других типов реакторов (например, жидкосолевых) нарабатывать топливо, сжигать минорные актиниды, осуществлять бесхимический топливный цикл в режимах высокой наработки или выгорания.

            В таких реакторах может быть реализован режим работы с выводом из топлива лишь газовых и летучих продуктов деления в течение 20-50 лет, технологическими мерами поддерживается режим нераспространения.

            При использовании различных топливных композиций (на основе описанной выше теплогидравлической схемы) реактор типа БЦМТ может использоваться как /1/:

-        энергетический реактор в бесхимических режимах очистки топлива с высокой наработкой плутония;

-        энергетический реактор в режиме предельного (до 100%) выгорания топлива подпитки за один проход через реактор;

-        специализированный реактор для сжигания плутония и минорных актинидов из конечных загрузок выводимых из эксплуатации энергетических реакторов;

-        специализированный реактор для сжигания долгоживущих актинидов и продуктов деления (например, йод, технеций) в рамках широкомасштабной энергетики с трансмутационным топливным циклом.

Литература

1. I.Kh.Ganev, Yu.N.Kuznetsov, A.V.Lopatkin, V.A.Reshetov, V.A.Moskin/ Role of homogeneous reactor used for burning actinides to provide safety of prospective nuclear fuel cycle. European Nuclear Congress, ENC-2002, France, Lille, 2002