Phoenix (reaktor)

A Phoenix Nuclear Reactor ( francia  Phénix , a mitikus Phoenix madárról kapta a nevét [2] ) egy francia nátriumhűtéses gyorstenyésztő reaktor , amely 1973. december 13-án csatlakozott a hálózathoz a Marcoule -i atomközpontban . Villamos teljesítmény - 250 MW [3] (2003 óta 140 MW-ra csökkentve [4] ). A reaktor szaporítási aránya 1,18 [5] volt . Az üzemanyag-feltöltést évente két-négy alkalommal végezték, minden alkalommal - 140-240 órát [6] .

A Phoenix kulcsfontosságú projekt volt a nukleáris hulladék-feldolgozás kilátásainak feltárására [7] .

A működtető szervezetek a Francia Atomenergia-biztosság (a költségvetés 80%-a) és az Electricite de France (20%).

A Phoenix reaktorral ellátott blokk építése 1968. november 1-jén kezdődött , 1973. december 13-án csatlakozik a francia elektromos hálózathoz . 1974. július 14- én, a Bastille megrohanásának napján helyezték üzembe.

1989-ben és 1990-ben négy olyan esetet jegyeztek fel, amikor a reaktor reakcióképessége hirtelen hirtelen csökkent [8] . Az INES skála szerint az incidensek a második szintet kapták. Nem sikerült kideríteni az események okait, ez lett az egyik oka annak, hogy Franciaország fokozatosan megtagadta a gyorsreaktorok irányának továbbfejlesztését [9] . A Phoenixet 2009. március 6-án állították le , majd decemberig számos kísérletet végeztek rajta [4] . A reaktort végül 2010. február 1-jén állították le [1] .

A Phoenix elődje a Rhapsody reaktor ( fr.  Rapsodie ) volt, amely 40 MW hőteljesítményű és 1967-től 1983-ig üzemelt.

A Phoenix tapasztalatait figyelembe véve megépült a Superphenix reaktor ( francia Superphénix ), amelynek hőteljesítménye 3000 MW, elektromos teljesítménye 1200 MW volt, de csak 1985-től 1998-ig működött [10] és bezárták . politikai okok [ pontosítás ] [7 ] . A Phoenix alapján a 2020-as években ugyanennek a komplexumnak a területén reaktort terveznek építeni az ASTRID program részeként kereskedelmi negyedik generációs gyorsneutronreaktorok létrehozására [11] :22 .  

Háttér és design

Enrico Fermi 1945-ben azt mondta : "Az első ország, amely gyorsneutronreaktort fejlesztett ki, versenyelőnyre tesz szert az atomenergia felhasználásában."

Az első gyorsneutronos atomreaktor az amerikai EBR I volt , amelyet 1951. december 20-án indítottak, miközben ez lett az első bármilyen típusú atomreaktor, amely bármilyen mennyiségű villamos energiát termelt, nem csatlakozott az elektromos hálózathoz, az energiát főként használták fel. megvilágítani azt az épületet, amelyben a reaktor található.

Különböző országokban dolgoztak gyorsneutronreaktorokon. 1956. január 8-án Michiganben (USA) megkezdték az atomerőmű első erőművének építését. Enrico Fermi ( Eng.  Enrico Fermi Nuclear Generating Station ), aki 1966. május 8-án adott áramot a hálózatnak. A BR-2 (1956), BR-5 (1959), BR-10 (1973), BOR-60 (1968) kísérleti reaktorokat a Szovjetunióban építették; ipari BN-350 (1973). Az Egyesült Királyságban a DFR (1962) és a PFR (1975) készült.

Franciaországban az 1960-as években kezdtek ilyen munkát végezni. Bár a fő tét a nyomás alatti vizes reaktorokra volt fektetve , a gyorsneutronreaktorokat is fontos iránynak tekintették – a feladat az volt, hogy a kereskedelmileg hatékony gyorsneutronreaktorok olyan osztályát hozzanak létre, amely lehetővé teszi a nukleáris anyagkészletek több száz éven át történő hatékony felhasználását [12] ] .

A gyorsneutronreaktorokra jellemző, hogy több hasadóanyagot képesek előállítani, mint elfogyasztani. Az uránércben lévő energiaforrások így mintegy 70-szer hatékonyabban használhatók fel [13] .

1958 végére elkészült a " Rhapsody " ( fr.  Rapsodie ) kísérleti gyorsneutronreaktor projektjének vázlatos változata. Jellemzői az erőművi reaktoroknak feleltek meg (üzemanyag urán és plutónium-dioxid keverékéből , nátrium hűtőfolyadék , energiaintenzitás , anyagok, hőmérsékletek), kivéve a villamosenergia-termelés lehetőségét. 1967. január 28-án kritikus állapotba helyezték, majd két hónappal később 20 MW-os tervezési teljesítményre hozták [14] .

Tekintettel az amerikai és a brit eredményekre, úgy döntöttek, hogy megépítenek egy prototípus erőművet anélkül, hogy megvárták volna a Rhapsody eredményeit. Egy 1000 MW-os erőmű tervezési előtanulmányait 1964-ben végezték el. A "Phoenix" nevet javasolták az állomásnak, és egyhangú jóváhagyást kapott. 1965-ben meghatározták a fő jellemzőket. Az üzemanyagot a Rhapsody-ban használthoz hasonlóan választották ki – a franciaországi plutóniumtartalékok nem voltak elegendőek, és a plutónium-dioxiddal együtt a dúsított urán-dioxid alkalmazása mellett döntöttek. A villamos teljesítményt 250 MW-ra választották [15] . A Rhapsodyhoz hasonlóan úgy döntöttek, hogy nátrium-hűtőfolyadékot használnak. Olyan integrált sémát választottunk, amikor a primer hűtőrendszer minden eleme a reaktorral azonos térfogatban van felszerelve. 1967-ben részletes előzetes tervet dolgoztak ki. Három szivattyúja és hat közbenső hőcserélője volt. Az üzemi hőmérsékletet 400-600 °C-nak vettük. [16]

1969-ben a francia atomenergia-biztosság és az Electricite de France jegyzőkönyvet írt alá az állomás közös építéséről és üzemeltetéséről (a költségek 80%-a a biztosra, 20%-a az Electricite de France-ra hárult) [17] .

Építkezés

Úgy döntöttek, hogy a reaktort Markul központjától északra helyezik el . További fontolóra vett lehetőségek a Cadarache (vízkészletek hiánya) és La Hague (túl messze található Cadarache-tól, ahol a nátriumtechnológiához kapcsolódó termelési létesítmények koncentrálódtak). A munkálatok az építkezésen 1968 októberében kezdődtek. A gödör méretei 180 x 50 m, mélysége 11,5 m. Az ásatási munkákat 18 hónapig végezték [18] .

A konstrukció egyik jellemzője a reaktortér föld alatti részének tömör fémbélése volt. A burkolat előregyártott tömbökből készült - 14 m² alapterületű, merevítő szögekkel és rögzítőelemekkel ellátott fémlemezekből, a vízszintes rész (alap) lemezvastagsága 10 mm, a függőleges (fal) 5 mm . A szerkezetet speciális kellékek rendszere rögzítette. A fémlemezeket hegesztéssel rögzítették , a hegesztett kötéseket radiográfiás ellenőrzésen és kapilláris hibadetektáláson esett át . A szerkezet megépítése után az így létrejött fémburkolatban az épület betonalapozása megtörtént. A burkolat külső része és a talaj közötti üregeket betonnal és gumival töltötték ki.

A reaktorépület föld feletti része mintegy 270 darab, 25 cm vastag előregyártott betontömbből állt, amelyeket a falak megépítése után vízszintesen előfeszítettek [18] .

Az építés kronológiája [19] :

• 1968
  • Október - az építkezés kezdete (gödör).
• 1969
  • Május 5. - az első beton.
• 1970
  • Január — megkezdődött a főkötet építése.
  • Májusban megkezdődött a konténment építése .
  • november 2-án megépül az elsődleges kötet.
  • November 25. - biztonsági kötet készült.
• 1971
  • Július 28. - az első adag nátrium.
  • Augusztus 2. - megépül a kupola.
  • Október 18. - az első kört nátriummal töltik fel.
• 1972
  • Február 21. - generátor állórész telepítve.
  • Március 24. - a generátor forgórészét telepítették.
  • December 15. - a második (köztes) kört nátriummal töltik fel.
• 1973
  • Január 10. - a reaktor megtelt nátriummal, és megkezdődött a nukleáris üzemanyag betöltése.
  • Február 1. – A gőzturbina elindítása .
  • Augusztus 31. - az első kilépés kritikus állapotba.
  • December 13. - csatlakozás az elektromos hálózathoz.

Energiatermelés

A teljes üzemidő alatt a reaktor segítségével 24440,402 GWh villamos energia keletkezett [20] .

• energia készültségi tényező  - 45,81%
• beépített kapacitás kihasználtsági tényező  – 39,91%
• műszaki felhasználási együttható  - 41%.

A reakcióképesség ugrásának problémája

A reaktor működése során számos probléma figyelhető meg. Legtöbbjük a közbenső hőcserélők szivárgásával kapcsolatos. Az esetleges problémák utáni leállások hossza annak volt köszönhető, hogy a reaktor minden újraindításához politikai döntés kellett [11] :17 .

A legtöbb ilyen problémát más ilyen típusú reaktorokban figyelték meg. 1989-1990-ben azonban négy azonos típusú vészhelyzetet rögzítettek a reaktorban, amelyek más gyorsneutronreaktorokban nem fordultak elő. 1989. augusztus 6-án, augusztus 24-én és szeptember 14-én és 1990. szeptember 9-én [8] a reaktor vészhelyzeti védelme a neutronfluxus -szabályozó berendezés által regisztrált éles reaktivitás - ingadozások miatt [11] :17 .

Az incidenseket AURN-nak ( franciául  Arrêt d'urgence par réactivité négative  - automatikus vészleállítás negatív reakcióképesség miatt) nevezték el. Ezeket akkor figyelték meg, amikor a reaktor teljes teljesítménnyel vagy annak közelében működött (az első három esetben - 580 MW, a negyedik - 500 MW teljesítménnyel). Az incidensek idején a reaktor 4-15 napig folyamatosan üzemelt. A leállás a vészvédelmi küszöböt elérő negatív reaktivitás következtében következett be [11] :18 .

A forgatókönyv minden alkalommal ugyanaz volt:

1. A negatív reaktivitás szinte lineárisan éles növekedése, és ennek megfelelően a teljesítmény csökkenése. Mindössze 50 m s alatt a teljesítmény a kezdeti 28-45%-ára esett (ebben a pillanatban aktiválódott a vészvédelem).
2. Szimmetrikus, éles teljesítménynövekedés majdnem a kezdeti értékre.
3. Az esés ismét, bár kevésbé éles és mély, 200 ms-mal az esemény kezdete után.
4. Ismét a teljesítmény növelése az eredetinél valamivel magasabb értékekre.
5. Teljesítménycsökkenés az abszorberrudaknak a magba automatizált bevezetése következtében.

A probléma a CEA által kezdeményezett több éves kutatás ellenére sem kapott végleges magyarázatot. A legvalószínűbb magyarázatnak a „magvirágzás” vagy „kifelé mozgás jelensége” nevű jelenséget tekintik, amikor is az egyik tüzelőanyag-kazetta méretnövekedése formájában jelentkező deformáció mechanikai feszültséget okoz a környezetben. szerelvények, ami a teljes mag sugárirányú tágulásához vezet . A szerelvények közötti távolság enyhe növekedése a k eff éles csökkenéséhez és ennek megfelelően a negatív reaktivitás növekedéséhez és a teljesítmény csökkenéséhez vezet [21] [11] :21 .

Lásd még

• BN-600
• BN-800
• BN-1200

Jegyzetek

1. ↑ 1 2 Nuclear Power Reactor Details – PHENIX Archiválva : 2012. január 13. a Wayback Machine -nél // IAEA / IRIS
2. ↑ Sauvage, 2004 , p. egy.
3. ↑ Sauvage, 2004 , p. 217.
4. ↑ 1 2 A. Vasile, B. Fontaine. M. Vanier, P. Gauthé, V. Pascal, G. Prulhière, P. Jaecki, D. Tenchine, L. Martin, JF Sauvage, D. Verwaerde, R. Dupraz, A. Woaye-Hune. A PHENIX utolsó tesztje .  (nem elérhető link)
5. ↑ Eduard Khodarev. Liquid Metal Fast Breeder Reactors  //  NAÜ közleménye. — Bécs: NAÜ . — Vol. 20 , sz. 6 . - P. 29-38 . Az eredetiből archiválva : 2012. március 24.
6. ↑ Sauvage, 2004 , p. 64.
7. ↑ 1 2 Alan M. Herbst, George W. Hopley. Nukleáris energia most: miért jött el az idő a világ leginkább félreértett energiaforrására  . – John Wiley és fiai, 2007.
8. ↑ 12 Sauvage , 2004 , p. 84.
9. ↑ A Phoenix gyorsreaktort hivatalosan bezárták Franciaországban A Wayback Machine 2013. október 19-i archív példánya // Atominfo.ru
10. ↑ Sauvage, 2004 , p. 225.
11. ↑ 1 2 3 4 5 Philip Gottfridsson. A reaktortranziens szimulációja és a nátriumhűtéses gyorsreaktorok tervezési kritériumai . — Egyetemi esszé az Uppsala universitetből/Tillämpad kärnfysik, 2010.
12. ↑ Sauvage, 2004 , p. 7.
13. ↑ Sauvage, 2004 , p. nyolc.
14. ↑ Sauvage, 2004 , pp. 9-10.
15. ↑ Sauvage, 2004 , p. tizenegy.
16. ↑ Sauvage, 2004 , pp. 12-13.
17. ↑ Sauvage, 2004 , p. tizennégy.
18. ↑ 12 Sauvage , 2004 , p. tizenöt.
19. ↑ Sauvage, 2004 , p. 16.
20. ↑ Működési tapasztalatok története – PHENIX archiválva : 2012. január 29. a Wayback Machine -nél // IAEA / PRIS
21. ↑ Sauvage, 2004 , p. 98-100.

Irodalom

• Jean Francois Sauvage. Phènix – 30 éves történelem: a reaktor szíve  (angol) . – 2004.