Реактор на расплавленных солях

6.2. РЕАКТОР НА РАСПЛАВЛЕННЫХ СОЛЯХ

Работа по созданию реакторов на расплавленных солях ведется в Ок-Риджской национальной лаборатории США. В 50-х годах здесь был построен небольшой экспериментальный реактор ARE (Aircraft Reactor Experiment) на расплавленных солях, представляющих собой смесь фторидов натрия, циркония и урана. В 60-х годах был построен реактор MSRE (Molten-Salt Reactor Experiment) тепловой мощностью 8 МВт—прототип будущего энергетического реактора. Успешный опыт эксплуатации экспериментальных реакторов позволил разработать проект крупной АЭС с жидкосолевым реактором-размножителем на тепловых нейтронах MSBR (Molten-Salt Breeder Reactor) электрической мощностью 1000 МВт.

На рис. 6.1 приведена технологическая схема ядерной энергетической установки (ЯЭУ) с реактором на расплавленных солях MSBR-1000, представляющая собой трехконтурную АЭС и систему переработки (регенерации) топлива. В первом контуре циркулирует расплавленная соль фторидов Li, Be. Th и U, а во втором промежуточном контуре— эвтектическая смесь NaBF₄—NaF, которая дешевле топливной соли и имеет более низкую температуру плавления. Третий контур— обычный паровой с высокими параметрами пара. Промежуточный контур предназначен для предотвращения контакта высокорадио-

активной топливной соли с пароводяным контуром. Первый контур, включая реактор и промежуточные теплообменники, размещен в боксе, имеющем цилиндрическую форму, диаметром 18,8 и высотой 10,6 м. Температура в боксе поддерживается с помощью электронагревателей на уровне ~540° С, что исключает замерзание топливной соли.

Корпус реактора MSBR-1000 металлический (рис. 6.2). Он изготовлен из модифицированного хастеллоя-Н и рассчитан на давление 0,525 МПа. Толщина стенки при диаметре 6,7 м составляет 51 мм. Активная зона реактора состоит из графитовых блоков, имеющих квадратное сечение 100 х 100 мм и длину 3,95 м. Вдоль центральной оси каждого блока расположены каналы диаметром 15 мм, по которым прокачивается топливная соль. Объемная доля топливной соли в активной зоне составляет 13%. За активной зоной, отгороженной графитовыми пластинками поперечным сечением 51 х 254 мм, размещена зона воспроизводства, через которую протекает большая часть топливной соли. Объемная доля ее в этой части составляет 37%. В этой же области имеются вертикальные каналы, через которые часть топливной соли направляется на охлаждение верхнего торцевого отражателя. Топливная соль поступает в реактор снизу и раздается по каналам активной зоны, зоны воспроизводства и для охлаждения огражателя. Графитовые блоки активной зоны и зоны воспроизводства периодически могут заменяться. Они извлекаются вместе с верхней крышкой и стержнями СУЗ. Боковой графитовый отражатель получает сравнительно небольшую дозу облучения и замены не требует.

Регулирование реактора осуществляется подвижными поглощающими стержнями, расположенными в центральной части реактора. Поскольку происходят непрерывный отбор части топливной соли на регенерацию и замена свежей добавкой, то нет необходимости в компенсирующей системе.

Приведем основные теплофизические и конструкционные характеристики MSBR-1000.

Мощность, МВт:

тепловая……………………………………………...…………………………………….2250

электрическая……………………………………………………………………………..1000

КПД,   %   ..........................................................................................…………………………….44

Состав топливной соли, %:

⁷ LiF..........................................................................................…………………………...71,772

BeF₂..........................................................................................……………………………...16,0

ThF₄.........................................................................................………………………………12,0

²³³UF₄.....................................................................................………………………………0,228

Температура плавления топливной соли,°С ..........................………………………………500

Удельное энерговыделение в активной зоне, МВт/м³:

среднее...................................................................………………………………….............22,2

максимальное..........................................................................………………………………70,4

Удельное энерговыделение в топливной соли, МВт/м³:

среднее..................................................................................…………………………………74

максимальное..........................................................................……………………………..492

Удельное энерговыделение в графите, МВт/м³:

среднее....................................................................................…………………………………2,3

максимальное..........................................................................…………………………………6,3

Температура топливной соли, °С:

на входе в реактор ..............................................................………………………………….566