Reaktor folyékony fém hűtőközeggel

A folyékony fémhűtésű reaktor (LMC) egy olyan atomreaktor , amely olvadt fémet használ hűtőközegként .

Általános információk

A folyékony fém hűtőfolyadékkal működő reaktorok első projektjei az 1950-es években jelentek meg, a munkát a Szovjetunióban és az USA -ban végezték .

A Szovjetunióban a fejlesztést a Fizikai és Energetikai Intézetben végezték, az Ukrán SSR Tudományos Akadémia akadémikusa, A. I. Leipunsky lett a projekt tudományos igazgatója . A reaktor gyakorlati alkalmazásának egyik első lehetősége a K-27 kísérleti tengeralattjárón való telepítés volt .

A világ első soros LMT reaktorai a Lira projekt 705(K) tengeralattjáróhoz készült BM-40A és OK-550 reaktorok voltak . Ezt követően egy sor SVBR reaktort hoztak létre ezek alapján a reaktorok alapján .

Tengeralattjárók és víz alatti drónok számára az LMT reaktor vonzó kompaktsága és kis tömege, a harci körülmények között manőverezéshez szükséges teljesítmény gyors növekedése, valamint a reaktor fokozott potenciális biztonsága, beleértve a reaktor spontán képességét. csökkentse a teljesítményt vészhelyzetekben [1] .

A csövekben lévő folyadékok turbulens áramlása esetén a hőátadás mind az áramlás turbulens keverése, mind a hűtőfolyadék molekuláris hővezetése miatt történik. A folyékony fém hűtőfolyadékok molekuláris hővezető képessége jobb, mint a többi hűtőközeg. Ez határozza meg a hővezető képesség miatt átadott hő nagyobb hányadát, és biztosítja a folyékony fémek legjobb hőátadási tulajdonságait, ami elsősorban a hőhordozóként való elterjedését határozza meg.

A folyékony fémek az egyedüli hűtőközegek, amelyek a hőelvonás és a nukleáris tulajdonságok tekintetében megfelelnek a közepes és gyorsneutronos reaktorok , valamint a nemesítő reaktorok összes követelményének .

A táblázatban felsorolunk néhány olyan nukleáris és termofizikai tulajdonságot, amelyeket a folyékony fémek a reaktortechnikában alkalmaztak.

Előnyök

A folyékony fém hűtőfolyadékok nukleáris létesítményekben való felhasználása számos előnnyel jár:

1. A folyékony fémek gőznyomása alacsony. A rendszer nyomását csak az áramkör nyomásvesztesége határozza meg, amely általában 7 atm-nél kisebb. Az alacsony nyomás jelentősen leegyszerűsíti mind a reaktor, mind az állomás segédberendezéseinek tervezését és üzemeltetését.
2. A folyékony fémek magas forráspontja nagy rugalmasságot biztosít a működésben. Például, ha a hűtőközeg hőmérséklete a reaktor kimeneténél jelentősen megemelkedik, akkor a fűtőelemek megolvadása a hőátadásnak a gőzfilm képződése miatti romlása miatt, ahogy az vízzel való hűtéskor történik, nem fog megolvadni. előfordul. A megengedett hőáram a kritikus hőterhelések által gyakorlatilag korlátlan. A nátriumkörrel rendelkező reaktor hőárama 2,3⋅10 6 kcal/m²·h, fajlagos térfogati feszültsége pedig 1000 kW/l.
3. A folyékony alkálifémek nagy elektromos vezetőképessége lehetővé teszi a zárt elektromágneses szivattyúk (DC és AC) teljes körű használatát. A szivattyúzás energiafogyasztását tekintve a folyékony fémek csak kis mértékben alacsonyabbak a víznél. A folyékony fémek közül az alkálifémek rendelkeznek a legjobb tulajdonságokkal a szivattyúzás energiafogyasztása szempontjából. Ha például a folyékony nátrium szivattyúzásához szükséges energiafogyasztást egységnek vesszük, akkor a higany esetében 2,8, a bizmut esetében pedig 4,8.
4. Más folyékony fémekkel ellentétben a Na és a Na-K csekély korrozív és eróziós hatással bír a szerkezeti anyagokra. Nátrium és Na-K eutektikumhoz sok szokásos anyag használható.
5. A folyékony fémek közül a legolcsóbb a nátrium, ezt követi az ólom és a kálium. Mivel a hőátadó rendszer térfogata általában viszonylag kicsi, és az újratöltés ritka, a hőhordozó költsége elhanyagolható.
6. A folyékony fémek egyatomos anyagok, így a hűtőfolyadékokban fellépő sugárzási zavarok problémája nem merül fel. A folyékony fématomok egy része ugyan másik fémmé alakul (például 24 Na 24 Mg ), de a reaktorokban meglévő neutronfluxusokkal az ilyen átalakulások száma elenyésző.

Hátrányok

1. Az alkálifémek nagyon reaktívak. A legnagyobb veszélyt a vízzel való reakció jelenti. Ezért a gőz-víz ciklusú rendszerekben a robbanásbiztonságot biztosító eszközöket kell biztosítani. A fém oxidációjának elkerülése érdekében ki kell zárni a levegővel való érintkezését, mivel a Na-oxid nem oldódik folyékony Na-ban és Na-K-ban, és az oxidok bevonása az egyes csatornák elzáródásához vezethet. A nátrium-oxidok jelenléte a folyékony Na-ban és Na-K-ban szintén rontja a hűtőfolyadékok korrozív tulajdonságait. A nátriumot és a Na-K-t inert gáz környezetben kell tárolni ( He , Ar ).
2. A hűtőfolyadék aktiválása szükségessé teszi a hőátadó rendszer áramkörének külső részének biológiai védelmét. Ennek a problémának a megoldása bonyolultabbá válik a nagyenergiájú γ-sugárzás és a bremsstrahlung esetében .
   A Na és K izotópok rövid bomlási periódusúak, de ha a fémet hosszú bomlási periódusú aktív szennyeződésekkel szennyezik, akkor az aktivitás elleni védekezés feladata bonyolultabbá válik, és olyan kialakítást kell alkotni, amely lehetővé teszi az összes folyékony fém eltávolítását a rendszert a javítás során. A jelzett körülmények szükségessé teszik a folyékony fémek kémiai tisztaságára vonatkozó fokozott követelmények előírását.
3. A folyékony fém hűtőfolyadékok használatához szükséges kiegészítő eszközök jelentősen megnehezítik az atomerőmű technológiai sémáját. Ezek a kiegészítő eszközök a következők:
   1. Telepítés folyékony fém olvasztásához és az áramkörbe történő átviteléhez (Na-K eutektikához nem szükséges olvasztótartály);
   2. Oxidok eltávolítására szolgáló eszköz. Ezen a fő áramkörrel párhuzamosan csatlakoztatott eszközön keresztül a folyékony fém kis áramlási sebessége jön létre; így a hűtőfolyadékot folyamatosan tisztítják az oxidoktól;
   3. Csapdák a folyékony fémgőzök számára, amelyeket a gázáram elvezet a rendszerből annak ürítése és feltöltése során. A folyékony fém gőzeivel történő gázáramlás más eszközökből is lehetséges (puffertartályok stb.).

A folyékony nátrium használatának hátrányai közé tartozik az is, hogy képes behatolni a grafit pórusaiba . A nagy mennyiségű ballaszt-nátrium jelenléte a pórusokban nagy neutronveszteségekhez vezetne a nátrium viszonylag nagy neutronbefogási keresztmetszete miatt . A nátrium és a grafit érintkezésének megakadályozása érdekében az utóbbit általában fémből (például cirkóniumból ) készült fólia védi, amely gyengén elnyeli a neutronokat.

Lásd még

• Atomreaktorok űrjárműveken
• nukleáris tengeralattjáró
• Gyors neutron reaktor
• K-27
• BN-600 és BN-800

Jegyzetek

1. ↑ Mazurenko Vjacseszlav Nyikolajevics. 2. FEJEZET. K-27 nukleáris kísérleti tengeralattjáró (645. projekt) // K-27 "Liquid Metal" . - Maxim Moshkov könyvtára .

Irodalom

• Petunin V.P. Nukleáris létesítmények hőenergiája. Moszkva: Atomizdat , 1960.
• Levin VE Atommagfizika és atomreaktorok. 4. kiadás — M.: Atomizdat , 1979.