ПЛАНЫ НИОКР ПО РЕАКТОРАМ LWR СТРАН-УЧАСТНИЦ ПРОГРАММЫ GIF
В марте 2009 г. опубликован проект плана НИОКР, содержащего описание конструкций систем, топлива, материалов, дополненного подробным описанием программ разработки быстрых реакторов со свинцовым теплоносителем (LFR) в США (рис. 1), Европе, Республике Корея и Японии.
Рис 1. Принципиальная схема реактора со свинцовым теплоносителем (LFR)
План предназначен для обеспечения разработки проектов усовершенствованных реакторов LFR как одной из 6 наиболее перспективных технологий реакторов и топливного цикла, выбранных для промышленного развертывания по программе GIF (Generation IV International Forum) в 2025-2030 гг. Главной целью составления плана является определение необходимых исследований с их координацией в странах-участницах GIF. При реализации комплексного плана планируется решение двух основных технических задач:
1) создание транспортабельной системы малой мощности - 10-100 МВт(эл.) с очень длительной кампанией активной зоны;
2) создание системы большей мощности 600 МВт(эл.). Исследования, направленные на разработку единой демонстрационной установки для обеих концепций (с пуском в 2018 г.) ведутся параллельно. В 2014 г. определена техническая осуществимость двух систем LFR с завершением проектных работ к 2016 г. и созданием технических предпосылок для начала промышленного развертывания реакторов этого типа в 2025 г.
Система LFR характеризуется быстрым нейтронным спектром и замкнутым ядерным топливным циклом (ЯТЦ) для эффективного использования воспроизводящего урана с полным рециклом актинидов на централизованных или региональных установках ЯТЦ. LFR также могут использоваться для выжигания актинидов из отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) с использованием топлива на основе инертной матрицы. В выжигателях-размножителях возможно использование ториевой матрицы. В качестве теплоносителя может использоваться свинец (как основной вариант) или свинцово-висмутовая эвтектика. При рассмотрении референтной системы LFR на предмет соответствия целям и задачам технологий ядерно-энергетических систем 4-го поколения были отмечены ее высокие качества в отношении использования ресурсов и минимизации отходов (замкнутый ЯТЦ), устойчивости к распространению ядерных материалов и обеспечения физической защиты (длительная кампания активной зоны). Также отмечены высокий уровень безопасности (относительно инертный теплоноситель) и экономичности. Основное назначение референтного LFR - производство электроэнергии и водорода, управление актинидами. Основные направления необходимых НИОКР - это исследования топлива (с использованием результатов исследований, проводимых для реакторов с натриевым теплоносителем SFR) и конструкционных материалов для обеспечения их коррозионной стойкости.
В США программа по LFR сосредоточена на разработке транспортабельного модульного реактора SSTAR (Small Secure Transportable Autonomous Reactor) малой мощности – 20/45 МВт(эл.)/(тепл.) с естественной циркуляцией теплоносителя и 30-летней кампанией активной зоны (Рис. 2), который отвечает целям работ в рамках Глобального партнерства в ядерной энергетике (GNEP).
Рис 2. Принципиальная схема реактора SSTAR
Программа по LFR Республики Корея имеет две цели: разработка технологии для трансмутации ядерных отходов - концепция PEACER (Proliferation-resistant Environment-friendly Accident-tolerant Соntinuаblе-еnеrgу Economical Reactor) на 850 или 1560 МВт(тепл.) и создание энергоблока для развивающихся стран и удаленных регионов - реактор BORIS (Battery Optimized Reactor Integral System) мощностью 22,2/10 МВт(тепл.)/(эл.) со сверхдлительной кампанией активной зоны в сочетании с циклом Брайтона на турбине со сверхкритическим углекислым газом.
Пятая и Шестая Рамочные программы Евратома направлены на создание электроядерных бридеров ADS (Accelerator Driven System) с охлаждением свинцово-висмутовой эвтектикой и системы со свинцовым теплоносителем ELSY (Economic Lead-cooled System) электрической мощностью 600 МВт, предназначенной для выжигания младших актинидов.
В Японии программы НИОКР по LFR выполняются Японским агентством по ядерной энергии JAEA (Japan Atomic Energy Agency), Центральным научно-исследовательским институтом электроэнергетической промышленности CRIEPI (Central Research Institute of the Electric Power Industry) и Токийским технологическим институтом. В первом из них проводились коррозионные исследования в свинцово-висмутовой эвтектике, однако впоследствии LFR перестал рассматриваться в качестве перспективной концепции с прекращением финансирования НИОКР по этому направлению. Однако в CRIEPI исследования продолжаются, для уточнения преимуществ и недостатков этого теплоносителя Институтом совместно с компанией Toshiba разработан проект реактора 4S (Super Safe, Small and Simple reactor) малой мощности (Рис.3).
Рис 3. Принципиальная схема реактора 4S
В Токийском технологическом институте разрабатываются следующие проекты LFR с охлаждением эвтектикой: PBWFR (Pb-Bi cooled direct contact Boiling Water Fast Reactor) с прямым контактом теплоносителя с кипящей водой мощностью 150 МВт(эл.); SLPLFR (Steam Lift Рumр type LFR) с пароподъемным насосом для повышения КПД; реактор CANDLE с обеспечением высокого выгорания металлического или нитридного топлива.
Источники:
1.
GIF. System Research Рlаn for the Lead-cooled Fast Reactor (LFR). Version 2.0. November 25, 2014.