Меню
Главная
Случайная статья
Настройки
|
Реактор с жидкометаллическим теплоносителем (ЖМТ) — ядерный реактор на быстрых нейтронах, использующий в качестве теплоносителя расплавленный металл.
Содержание
Общая информация
Первые проекты реакторов с жидкометаллическим теплоносителем появились в 1950-х годах, работы велись в СССР и в США.
В США была создана экспериментальная подлодка USS Seawolf (SSN-575), имевшая, первоначально (в 1957—1958 гг.), реактор с жидкометаллическим теплоносителем (натрий) в первом контуре.
В СССР разработка проводилась, с сентября 1952 года, в Физико-энергетическом институте, научным руководителем проекта стал академик Академии наук Украинской ССР А. И. Лейпунский. Одним из первых вариантов практического применения реактора стало использование установки на опытной подводной лодке К-27 (теплоноситель — сплав свинец-висмут, вступила в строй в апреле 1962 года).
Первыми серийными ЖМТ-реакторами в мире стали реакторы БМ-40А и ОК-550 для ПЛА проекта 705(К) «Лира».
Всего в СССР было построено 13 реакторов с жидкометаллическим теплоносителем: три наземных стенда — 27/ВТ, 27/ВТ-5 и КМ-1, два реактора РМ-1 на АПЛ К-27 и восемь реакторов для АПЛ проекта 705(К), в том числе три БМ-40А и пять ОК-550[1].
В дальнейшем на базе реакторов атомных подводных лодок была разработана серия реакторов СВБР.
Для АПЛ и подводных дронов ЖМТ-реактор привлекателен по причине компактности и низкого веса, быстрого набора мощности, необходимой для маневрирования в боевых условиях, а также повышенной потенциальной безопасности реактора, в том числе и способности реактора самопроизвольно уменьшать мощность в аварийных ситуациях[2].
При турбулентном течении жидкостей в трубах передача тепла осуществляется как за счет турбулентного перемешивания потока, так и путём молекулярной теплопроводности теплоносителя. Жидкометаллические теплоносители обладают лучшей, по сравнению с другими теплоносителями, молекулярной теплопроводностью. Это определяет большую долю тепла, переносимого за счёт теплопроводности, и обеспечивает лучшие теплопередающие свойства жидких металлов, что в основном и определяет их широкое использование в качестве теплоносителей.
Жидкие металлы являются единственными теплоносителями, удовлетворяющими всем требованиям в отношении теплоотвода и ядерных свойств, предъявляемым к энергетическим реакторам на промежуточных и быстрых нейтронах, а также к реакторам-размножителям.
Некоторые ядерные и теплофизические свойства жидких металлов, нашедших применение в технике реакторостроения, приведены в таблице.
| Свойства |
Металлы
|
| Bi |
Pb |
Li |
Hg |
К |
Na |
Na-K
|
| Температура плавления, °C |
271 |
327,4 |
186 |
39 |
64 |
98 |
19
|
| Температура кипения, °C |
1477 |
1717 |
1317 |
357 |
760 |
883 |
825
|
| Удельная теплоёмкость, ккал/кг °С |
0,038 |
0,037 |
1,05 |
0,033 |
0,182 |
0,30 |
0,26
|
| Плотность при температуре плавления, г/см |
10,0 |
10,7 |
0,61 |
13,7 |
0,82 |
0,93 |
0,89
|
| Теплопроводность, ккал/м·ч °С |
0,037 |
0,036 |
0,1 |
0,039 |
0,20 |
0,17 |
0,068
|
| Растворимость в уране при 500 °C, вес. % |
0,9 |
0,02 |
0,01 |
25 |
— |
Очень мала |
—
|
| Коррозионные свойства |
— |
— |
Хорошие |
Удовлетворительные |
— |
Хорошие |
—
|
| Сечение захвата тепловых нейтронов, барн |
0,032 |
0,17 |
67 |
360 |
1,97 |
0,49 |
0,96
|
Достоинства
Использование жидкометаллических теплоносителей в ядерных установках имеет ряд преимуществ:
- Жидкие металлы имеют малую упругость паров. Давление в системе определяется только потерей напора в контуре, которое обычно меньше 7 атм. Низкое давление существенно упрощает конструкцию и эксплуатацию как реактора, так и вспомогательного оборудования станции.
- Жидкие металлы можно нагреть до более высокой температуры, чем воду первого контура, что позволяет значительно повысить кпд.
- Высокая температура кипения жидких металлов обеспечивает большую гибкость в работе. Например, если температура теплоносителя на выходе из реактора значительно повысится, то расплавления тепловыделяющих элементов, обусловленного ухудшением теплоотдачи из-за образования паровой плёнки, как это происходит при охлаждении водой, не произойдёт. Допустимые тепловые потоки практически не ограничены критическими тепловыми нагрузками. Реактор с натриевым контуром имеет тепловые потоки до 2,3106 ккал/м·ч и удельную объёмную напряжённость 1000 кВт/л.
- Высокая электропроводность жидких щелочных металлов позволяет полностью использовать герметизированные электромагнитные насосы (постоянного и переменного тока). По расходу энергии на прокачивание жидкие металлы лишь немногим уступают воде. Из жидких металлов лучшие характеристики по расходу энергии на прокачивание имеют щелочные металлы. Если, например, расход энергии на прокачивание жидкого натрия принять за единицу, то для ртути это будет 2,8, а для висмута — 4,8.
- В отличие от других жидких металлов, Na и Na—K оказывают малое коррозионное и эрозионное воздействие на конструкционные материалы. Для натрия и эвтектики Na—K можно применять многие из обычных материалов.
- Наиболее дешёвым из жидких металлов является натрий, затем — свинец и калий. Поскольку объём теплопередающей системы обычно относительно невелик, а перезарядка производится редко, затраты на теплоноситель незначительны.
- Жидкие металлы являются одноатомными веществами, поэтому проблема радиационных нарушений в теплоносителях не возникает. Хотя некоторая часть атомов жидкого металла и превращается в другой металл (например, 24Na переходит в 24Mg), но количество таких трансмутаций при существующих нейтронных потоках в реакторах ничтожно мало.
Недостатки
|
|