Жидкосолевые реакторы

Цитата: ДядяВася от 21.01.2017 18:59:20да сам Билл с Гейтсом им заинтересовались.
ЗЫ. Статья большая, поэтому всю тащить не стал.

Цитата: ДядяВася от 21.01.2017 18:59:20

 

Это явно не критерий инновационности, максимум - потенциальной прибыльности.

• +0.00 / 0

Цитата: ДядяВася от 21.01.2017 18:59:20Георгий Тошинский: жидкотопливный интерес



Как, то на ветке разговор о них заходил. Казалось бы сплошная инновационность и вкусные плюшки, да сам Билл с Гейтсом им заинтересовались.

Однако, если посмотреть повнимательней, то нафик нафик. 

ЗЫ. Статья большая, поэтому всю тащить не стал.

Цитата: ДядяВася от 21.01.2017 18:59:20

 

Да, кстати, как вариант заправка твэла топливной жидкой солью. Твэл конечно же неклассического типоразмера и возможно двухстеночный (дабы сохранить первый барьер безопасности) с контактным подслоем (натрий например) между стенками.
Ну это так, мысли вслух.

• +0.00 / 0

Цитата: Alexey K_9eb97d от 29.01.2017 08:57:07Да, кстати, как вариант заправка твэла топливной жидкой солью. Твэл конечно же неклассического типоразмера и возможно двухстеночный (дабы сохранить первый барьер безопасности) с контактным подслоем (натрий например) между стенками.
Ну это так, мысли вслух.

Цитата: Alexey K_9eb97d от 29.01.2017 08:57:07

 

Первый вопрос. А нафига?

 
Повысить выгорание? Не получится. Т.к. в настоящее время в «обычных» твэлах максимальное выгорание, в основном (кроме всего прочего) обусловлено материалом оболочек вследствие радиационных повреждений.
 
Увеличить коэффициент воспроизводства активной зоны. Не получится, т.к. воспроизводящего материала (U-238) в твэле будет заведомо меньше (если вообще будет, т.к. растворимость в эвтектике U, Pu ограничена) – бесполезный балласт фторидов. Да и торцевые зоны воспроизводства в твэл не воткнешь.
 
Что имеем отрицательного?
 
В первую очередь коррозия. В «обычном» твэле коррозия от ГПД отдельная головная боль. Хлориды – фториды в таблетке строго регламентированы до значений десятков ppm. А тут сразу десятки процентов.
 
Теперь барьеры безопасности.
 
Первый барьер безопасности представляет собой саму топливную матрицу. Он препятствует выходу ГПД под оболочку твэла. При дефекте твэла типа "газовая неплотность" снижает выход ГПД в реакторное пространство. Кроме этого он снижает давление ГПД под оболочкой твэла, которое к концу компании достигает порядка 10 МПа. В «жидком» твэле ГПД автоматом выйдут полностью.
 
При дефекте «контакт с теплоносителем» (трещина в твэле), для керамического  топлива последствия отнюдь не катастрофичны. ГПД выйдут, а взаимодействие натрия с керамическими таблетками весьма незначительно и дефектный твэл вполне отстоит компанию, незначительно повысив активность натрия продуктами деления. 
В случае «жидкого» твэла часть содержимого твэла (в зависимости, где возник дефект) просто выльется в теплоноситель, и кроме осколков в теплоноситель также перейдёт уран – плутоний.
 
Как Вы представляете себе технологию изготовления "труба в трубе" с натриевым подслоем" если расстояние между стенками труб несколько десятых мм. при длине трубы порядка 2 м, также  незабываем обеспечить соосность труб на всём протяжении? Фантастика.
 
Тогда уж проще увеличить толщину стенки у трубы (у стандартных твэлов БН труба 6,9х6,1 мм, т.е. 0,4 мм) однако автоматически увеличивается градиент температур на стенке, что ведёт к повышению температуры внутренней стенки и всего топлива. Да и лишнее "железо" в объёме реактора плохо сказывается на физике реактора.
 
Значит, увеличиваем диаметр твэлов. Здесь встают вопросы теплопередачи от жидкого содержимого к стенке твэла. Передача теплопроводностью весьма затруднена т.к. коэффициент теплопроводности эвтектики в несколько раз меньше чем у двуокиси урана (а он и так маленький, температура в центре таблетки достигает 1700^оС). Вся надежда на конвекцию. Но и тут есть засада. Труба длинная, тонкая. Вязкость поболее чем у воды. Максимальное тепловыделение приходится на середину твэла по высоте и по радиусу твэла. Боюсь, что конвекция будет затруднена и возможно локальное закипание жидкого содержимого. Здесь, конечно, более определённо трудно сказать, необходимо мат. моделирование.
 
Всё это конечно, на первый взгляд, на коленке. При более детальном рассмотрении, а тем более с экспериментальной проверкой «косяков» вылезет где и не ждешь.
 
В общем ну её нафик, пусть буржуи балуются. 

• +0.15 / 12

Цитата: ДядяВася от 30.01.2017 21:14:33Первый вопрос. А нафига?

Цитата: ДядяВася от 30.01.2017 21:14:33

 

Цитата: ЦитатаПовысить выгорание? Не получится. Т.к. в настоящее время в «обычных» твэлах максимальное выгорание, в основном (кроме всего прочего) обусловлено материалом оболочек вследствие радиационных повреждений.

Вследствие радиационных повреждений плюс вследствие давления распухающего топлива плюс вследствие давления ГПД. Смотрят всё вместе. Таким образом, если мы убираем свеллинг топлива, то запас на радиационные повреждения будет другим.

Цитата: ЦитатаВ первую очередь коррозия. В «обычном» твэле коррозия от ГПД отдельная головная боль. Хлориды – фториды в таблетке строго регламентированы до значений десятков ppm. А тут сразу десятки процентов

Буржуи изучали этот вопрос и готовили сплавы с минимальной коррозией. Например хастеллой.

Цитата: ЦитатаКак Вы представляете себе технологию изготовления "труба в трубе" с натриевым подслоем" если расстояние между стенками труб несколько десятых мм. при длине трубы порядка 2 м, также  незабываем обеспечить соосность труб на всём протяжении? Фантастика.

Несколько десятых мм конечно фантастика. Нужен минимум 1 мм. Ну и твэл становится очень большого диаметра дабы критичность сохранить. Как следствие мощность реактора снизится существенно ниже гигаватта, просто потому, что площадь теплопередающей поверхности уменьшится.

Цитата: ЦитатаТогда уж проще увеличить толщину стенки у трубы (у стандартных твэлов БН труба 6,9х6,1 мм, т.е. 0,4 мм) однако автоматически увеличивается градиент температур на стенке, что ведёт к повышению температуры внутренней стенки и всего топлива. Да и лишнее "железо" в объёме реактора плохо сказывается на физике реактора.

Увеличение толщины стали на десятые доли мм приводит увеличению градиента на единицы градусов, так что это некритично. Тонкая оболочка, кстати, нужна нетолько для физики реактора. Толстая оболочка от распухания топлива треснет, тонкая растянется.

Цитата: ЦитатаЗначит, увеличиваем диаметр твэлов. Здесь встают вопросы теплопередачи от жидкого содержимого к стенке твэла. Передача теплопроводностью весьма затруднена т.к. коэффициент теплопроводности эвтектики в несколько раз меньше чем у двуокиси урана (а он и так маленький, температура в центре таблетки достигает 1700^оС). Вся надежда на конвекцию. Но и тут есть засада. Труба длинная, тонкая. Вязкость поболее чем у воды. Максимальное тепловыделение приходится на середину твэла по высоте и по радиусу твэла. Боюсь, что конвекция будет затруднена и возможно локальное закипание жидкого содержимого. Здесь, конечно, более определённо трудно сказать, необходимо мат. моделирование

Согласен с тем, что необходимо мат. моделирование. Вот что значит локальное закипание жидкого содержимого ну или вообще локальный перегрев? Это значит уменьшение плотности, а значит снижение энерговыделения в этой области и в целом внесение отрицательной реактивности. То есть в этом случае жидкость будет постоянно глушить реактор. Таким образом ЖСР невозможен, но это не так.
А конвекция будет, иначе и по этой причине ЖСР был бы невозможен.

Цитата: ЦитатаВ общем ну её нафик, пусть буржуи балуются.

Согласен.

• +0.01 / 1

Цитата: Alexey K_9eb97d от 31.01.2017 09:50:30Вследствие радиационных повреждений плюс вследствие давления распухающего топлива плюс вследствие давления ГПД. Смотрят всё вместе. Таким образом, если мы убираем свеллинг топлива, то запас на радиационные повреждения будет другим.

Цитата: Alexey K_9eb97d от 31.01.2017 09:50:30

 

Свеллинг, конечно, имеет место, но не так критичен. В начальный период облучения, действие свеллинга нейтрализуется зазором «таблетка – оболочка», далее частично компенсируется высокотемпературной ползучестью топлива. При этом механические свойства оболочки высокие, и разгерметизация твэлов не происходит.

 При дальнейшем повышении дозы начинает играть роль распухание материала оболочек. Контакта «таблетка – оболочка» уже не наблюдается. Вместе с распуханием металла (с повышением дозы) начинает играть роль деградация механических свойств оболочки – длительная прочность и пластичность. И как раз, эта причина ограничивает выгорание топлива.

Для увеличения выгорания топлива исследования ведутся в направлении поиска новых сталей для оболочек. Об этом можно почитать Ссылка.

Цитата: Alexey K_9eb97d от 31.01.2017 09:50:30Буржуи изучали этот вопрос и готовили сплавы с минимальной коррозией. Например хастеллой.

Цитата: Alexey K_9eb97d от 31.01.2017 09:50:30

 

Минимальная коррозия во фторидах не означает высокую радиационную стойкость сплава. Из перспективных сталей для оболочек твэлов видел упоминание о высоконикелевом NIMONIC® alloy PE16 - Ссылка  . Но насколько он стоек во фторидах неизвестно.

Цитата: Alexey K_9eb97d от 31.01.2017 09:50:30Несколько десятых мм конечно фантастика. Нужен минимум 1 мм. Ну и твэл становится очень большого диаметра дабы критичность сохранить. Как следствие мощность реактора снизится существенно ниже гигаватта, просто потому, что площадь теплопередающей поверхности уменьшится.

Цитата: Alexey K_9eb97d от 31.01.2017 09:50:30

 

Теплопроводность натрия в 2 – 3 раза выше аустенитных сталей, что означает «эквивалентную добавку» 0,3 – 0,5 мм стали. Или и здесь рассчитывать на конвекцию?

Критичность можно сохранить и увеличением «обогащения» делящегося материала. Но опять же, встаёт вопрос о технологичности сего «девайса».

Мощность же можно сохранить путём увеличения скорости теплоносителя, или увеличением количества ТВС в зоне. Вопрос не в этом.

Цитата: Alexey K_9eb97d от 31.01.2017 09:50:30Увеличение толщины стали на десятые доли мм приводит увеличению градиента на единицы градусов, так что это некритично. Тонкая оболочка, кстати, нужна нетолько для физики реактора. Толстая оболочка от распухания топлива треснет, тонкая растянется.

Цитата: Alexey K_9eb97d от 31.01.2017 09:50:30

 

С первым согласен.

Со вторым, категорически нет. Более толстая оболочка выдерживает и большие окружные напряжения.

Выбор толщины оболочки, это компромисс между содержанием «железа» в активной зоне и необходимой прочностью оболочки на весь период кампании топлива.

Цитата: Alexey K_9eb97d от 31.01.2017 09:50:30Согласен с тем, что необходимо мат. моделирование. Вот что значит локальное закипание жидкого содержимого ну или вообще локальный перегрев? Это значит уменьшение плотности, а значит снижение энерговыделения в этой области и в целом внесение отрицательной реактивности. То есть в этом случае жидкость будет постоянно глушить реактор. Таким образом ЖСР невозможен, но это не так.
А конвекция будет, иначе и по этой причине ЖСР был бы невозможен.

Цитата: Alexey K_9eb97d от 31.01.2017 09:50:30

 

Давайте не будем путать «классический ЖСР» и реактор с «жидким твэлом».

В «классическом ЖСР»  основную роль играет принудительная конвекция и перемешивание содержимого.
В «жидком твэле» конвекция и перемешивание затруднено по причинам на которые уже указывал.

Заглохнет реактор или будет продолжать пыхтеть, зависит от оперативного запаса реактивности, который регулируется «управляющими стержнями». Вот если их все вынуть, то никакой отрицательный коэффициент реактивности, присущий ЖСР, не спасёт от «чернобыля».

• +0.04 / 3

Цитата: ДядяВася от 30.01.2017 21:14:33Первый вопрос. А нафига?

 

 
Как Вы представляете себе технологию изготовления "труба в трубе" с натриевым подслоем" если расстояние между стенками труб несколько десятых мм. при длине трубы порядка 2 м, также  незабываем обеспечить соосность труб на всём протяжении? Фантастика.
 
Тогда уж проще увеличить толщину стенки у трубы (у стандартных твэлов БН труба 6,9х6,1 мм, т.е. 0,4 мм) однако автоматически увеличивается градиент температур на стенке, что ведёт к повышению температуры внутренней стенки и всего топлива. Да и лишнее "железо" в объёме реактора плохо сказывается на физике реактора.
 
Значит, увеличиваем диаметр твэлов. Здесь встают вопросы теплопередачи от жидкого содержимого к стенке твэла. Передача теплопроводностью весьма затруднена т.к. коэффициент теплопроводности эвтектики в несколько раз меньше чем у двуокиси урана (а он и так маленький, температура в центре таблетки достигает 1700^оС). Вся надежда на конвекцию. Но и тут есть засада. Труба длинная, тонкая. Вязкость поболее чем у воды. Максимальное тепловыделение приходится на середину твэла по высоте и по радиусу твэла. Боюсь, что конвекция будет затруднена и возможно локальное закипание жидкого содержимого. Здесь, конечно, более определённо трудно сказать, необходимо мат. моделирование.
 
Всё это конечно, на первый взгляд, на коленке. При более детальном рассмотрении, а тем более с экспериментальной проверкой «косяков» вылезет где и не ждешь.
 
В общем ну её нафик, пусть буржуи балуются.

Цитата: ДядяВася от 30.01.2017 21:14:33

 

По части ядерной физики ничего не смыслю, но по части теплопередачи скажу следующее - мною был предложен и внедрён коаксиальный химический реактор (ы) для проведения сильно экзотермической химической реакции для уменьшения толщины свода катализатора до теплопередающей стенки. Более того, во внутренней полости  для улучшения теплосъёма монтировалась трубка Фильда. Реакторы использовались для промышленного производства. В общем, практика подтвердила расчёты. Существенно увеличилась селективность процесса за счёт снижения радиального градиента по слою катализатора.
Люди тут, не сомневаюсь, умные, остальное поймут сами. Хотя аналогия с ТВЭЛом не вполне уместна из-за малого его диаметра.

• +0.10 / 7

Цитата: Пенсионэр от 04.02.2017 07:08:02По части ядерной физики ничего не смыслю, но по части теплопередачи скажу следующее - мною был предложен и внедрён коаксиальный химический реактор (ы) для проведения сильно экзотермической химической реакции для уменьшения толщины свода катализатора до теплопередающей стенки. Более того, во внутренней полости  для улучшения теплосъёма монтировалась трубка Фильда. Реакторы использовались для промышленного производства. В общем, практика подтвердила расчёты. Существенно увеличилась селективность процесса за счёт снижения радиального градиента по слою катализатора.
Люди тут, не сомневаюсь, умные, остальное поймут сами. Хотя аналогия с ТВЭЛом не вполне уместна из-за малого его диаметра.

Цитата: Пенсионэр от 04.02.2017 07:08:02

 

Здесь речь идёт немного о другом.
Твэл представляет собой заваренную наглухо длинную трубу внутри которой находится (в данном случае) тепловыделяющая солевая эвтектика.

А так, коаксиальные твэлы широко применялись в Первой АЭС, в Белоярской АЭС - первые два блока (сейчас выведены из эксплуатации), в Билибинской АТЭЦ в исследовательских реакторах.

• +0.06 / 5