FacePla.net

Недавние события в Японии показали, что охлаждение атомных реакторов водой – не идеальный способ: на Фукусиме произошло частичное расплавление топливных стержней, что стало причиной повышения уровня радиации в воде, используемой для охлаждения реактора. Теперь учёные возлагают надежды на новый, вероятно, более безопасный способ охлаждения реакторов: охлаждение газом – гелием. Подобный реактор относится к IV поколению ядерных реакторов, которые представляют собой набор проэктов  теоретических ядерных реакторов.

Строго говоря, способ этот не так уж нов – впервые о нем заговорили ещё в 1960-е годы. Однако с тех пор удалось создать лишь несколько подобных станций (ряд АЭС в Великобритании, Пич-Боттом АЭС в США, ядерный реактор THTR-300 в Германи). Сегодня, после японской трагедии, ученые вернулись к работе по созданию высокотемпературных газоохлождаемых реакторов (ВТГР) с гелиевым теплоносителем. В основе безопасности такого реактора –     разумный дизайн топлива (хотя вопрос его хранения остаётся открытым). На Фукусиме топливо содержалось в виде урановых стержней – именно начали плавиться, когда отказала система охлаждения.

В газовых реакторах расплавление топлива невозможно: вместо урановых стержней топливо примет здесь форму кусочков урана, рассеяных среди графитной гальки. Активная зона таких реакторов представляет собой засыпку шаровых ТВЭЛов, внутри графитовой оболочки в которой равномерно вкраплено ядерное топливо. Шаровая засыпка ТВЭЛов расположена в графитовом цилиндрическом отражателе. В нижней части отражателя она опирается на графитовый под конической формы с отверстиями для выгрузки ТВЭЛов. Использование шаровых ТВЭЛов позволяет производить их непрерывную перегрузку в активной зоне реактора, то есть выводить из активной зоны отработавшие ТВЭЛы и заменять их новыми.

Из-за небольших размеров ТВЭЛов и большого их количества каждый новый элемент вносит незначительную избыточную реактивность. Поэтому такой способ перегрузки топлива является безопасным. Реакторы ВТГР используют энергию деления тяжелых ядер не только для производства электроэнергии, но и для получения теплоты (до 1000 оС) в технологических процессах (например, в производстве некоторых химических продуктов). Кроме того, гамма–излучение выводимого из реактора топлива используется для ряда радиационно-химических процессов (например, облучения полиэтилена).

Используемый в качестве теплоносителя инертный газ (гелий) обладает хорошей термической и радиационной стойкостью, химической стабильностью, минимально поглощает и выделяет нейтроны. К тому же газовые реакторы продуктивнее водяных, так как способны разогреваться гороздо сильнее (температура теплоносителя). Достоинство гелия также в том, что инертный газ не сможет стать радиоактивным, как становития вода на охлаждаемых реакторах. Ядерная безопасность реактора обеспечивается следующими его свойствами: ядерное горючее в нем не может расплавиться, при отсутствии теплоносителя в зоне реакции не образуется критическая масса, при повышении температуры в аварийной ситуации цепная реакция самопроизвольно прекращается.

Как это работает

В центре каждой частицы топлива размером с маковое зернышко находится урановое ядро. Слои углерода и карбида кремния окружают радиоактивное урановое ядро. Каждый “камушек” в слое ”гальки”, покрывающей дно газового реактора, - это шарик из графита разм

ером с теннисный мячик. Внутри этого графита рассеяны 15000 крошечных частичек урана весом 9 граммов. Реактор выстелен ”галькой” – 400000 шариков графита. Уран, рассеянный в этих шариках, выделяет те

пло, которое собирает и передаёт гелий. Далее тепло можно использовать для производства электричества, очистки нефти, опреснения и запуска других производственных процессов.
1.    В ”гальке” при расщеплении урановых ядер высвобождается огромное количество энергии, которая нагревает гелий. Вентиляторы перемещают гелий через реактор и ”гальку”.
2.    Ежедневно 5000 графитовых шариков продвигаются через реактор подобно шариком со жвачкой в автомате: если извлечь шарик снизу – шарики над ним будут перемещаться.
3.    Если шарик со дна реактора ещё может производить энергию, он возвращается наверх. Если же потенциал ”гальки” исчерпан, его переводят в отходы и заменяют новым.

Источники: National Geographic Россия, октябрь 2011;

http://en.wikipedia.org/wiki/Pebble_bed_reactor;

Бунина О.А., Бунин М.А., Садков А.Н. Под научной редакцией              Малышевского В.С. - ЯДЕРНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ - ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ 21 ВЕКА. ПРИНЦИПЫ УСТРОЙСТВА И БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ