Реакторы

Разнообразие признаков и ус­ловий существования крупномасштабной атомной энергетики определяет многокомпонентную структуру ядерных реакторов. В крупномасштабной атомной энергетике будут существовать реакторы различного типа. Многокомпонентная структура позволяет различным типам реакторов наилучшим образом удовлетворять не-обходимым требованиям: по сферам применения (электричество, тепло, опреснение воды, транспорт, воспроизводство топлива, наработка полезных и трансмутация опасных изотопов); по уровню мощности (большие, средние и малые автономные энергоисточники); по спектру нейтронов (быстрые реакторы, тепловые реакторы).

Реакторы разных типов будут решать следующие задачи:

• производство тепловой и электрической энергии;
• расширенное воспроизводство ядерного топлива и обеспечение необходимого баланса нейтронов;
• выжигание долгоживущих радиоактивных отходов.
• Наиболее важными проектами реакторов нового поколения являются:
• эффективный реактор-размножитель;
• ядерные энергетические установки малой энергетики для удаленных районов, в том числе транспортабельные установки;
• реакторы для теплоснабжения, технологий, опреснительных систем;
• реакторы, работающие в базовом и маневренном режимах.

Производство энергии.

Тенденцией развития энергетических реакторов будет продолжение линии на их использование для производства электричества. Продолжится строительство реакторов большой и средней мощности, хорошо зарекомендовавших себя на предыдущих этапах. Наряду с этим будут реализовываться линии в направлении дальнейшего увеличения мощности и в направлении реакторов малой мощности. Масштабы российских энергосистем европейской части и требование конкурентоспособности с ТЭЦ на органическом топливе обосновывают тенденцию увеличения единичной мощности блока, а нацеленность на мировой рынок делает необходимым иметь для российского и зарубежного применения российский проект энер­гоблока, не уступающий западным проектам по мощности и другим показателям.

Для производства электричества будет использовано сочетание тепловых реакторов типа ВВЭР третьего поколения и реакторов-размножителей в характерном для них диапазоне больших мощностей. Требование снижения воздействия на окружающую среду приводит к необходимости повышения эффективности генерации электрической энергии. Удовлетворению этого требования будет способствовать раз работка высокотемпературных гелиевых реакторов.

Объективно начавшийся про­цесс расширения сферы использования ядерной энергии (когенерация тепла и электричества, источники бытового тепла, про­мышленное теплоснабжение) позволяет прогнозировать развитие этого процесса в начавшемся столетии. Внедрение ядерной энергии в промышленное теплоснабжение и особенно в энергоснабжение технологических процессов стимулирует разработки проектов высокотемпературных гелиевых реакторов.

Целесообразно также довести до реализации и освоить станции теплоснабжения высокой безопасности (ACT) как альтернативу в оптимальном решении задачи обеспечения теплом крупных регио­нов.

Наличие труднодоступных районов с низкой плотностью нА-селения делает оправданным ис­пользование автономных ядерных источников малой мощности для тепло- и электроснабжения. В наибольшей степени требованиям автономных энергоисточников удовлетворяют АТЭЦ с реактора-ми на естественной циркуляции с максимальным использованием пассивных средств защиты и расхолаживания. На основе необслуживаемых морских ядерных энергетических установок предлагается разработать полностью автономные теплоэлектроцентрали и опреснительные центры малой мощности повышенной безопасности. Технической базой проектов таких реакторов является судовая атомная энергетика.

Судовая атомная энергетика про демонстрировала свои возможности в экономике России. Поэто­му будет продолжаться развитие судового атомного реакторостроения для транспортных целей, а также для создания плавучих атомных станций. Такие станции мо-гут быть использованы для про­изводства энергии и опреснения воды. В более отдаленной перс­пективе представляет интерес использование технологий атомного подводного флота для освоения морской добычи и транспорта нефти и газа. Эти системы мо-гут иметь значение в отдаленном будущем и для морской добычи урана.

Дальнейшее освоение космоса с созданием больших долговременных орбитальных станций, космических технологических комплексов, больших информационных и навигационных систем, реализация экспедиций к планетам Солнечной системы неминуемо потребуют использования ядерных источников, вырабатывающих электроэнергию или тягу, или и то и другое. Нельзя исключить в далекой перспективе и возможность размещения мощных ядерных источников в космосе для энергоснабжения Земли.

Расширенное воспроизводство.

Функция расширенного воспроизводства плутония и урана-233 возьмут на себя реакторы-размножители. Преимущественно это реакторы на быстрых нейтронах. Для воспроизводства урана-233 рас­сматриваются также реакторы на тепловых нейтронах. Одно из предложений - это модификация реактора ВВЭР для работы с торий-урановым циклом. Количественное соотношение реакторов-размножителей и реакторов, потребляющих топливо, определится нейтронным и нуклидным балансом всей структуры атомной энергетики.

Поиск оптимальных решений и разработка реакторов-размножителей является существенной компонентой работ по реакторам нового поколения. Исследования и разработки предыдущего этапа убеждают в возможности решения этой задачи в первой поло­вине XXI века, не уходя далеко от уже освоенных технологий. В качестве эффективных реакторов-размножителей наряду с совер­шенствованием быстрых натриевых реакторов рассматриваются быстрые реакторы с тяжелым металлическим теплоносителем с использованием опыта разработки судовых реакторов и быстрые реакторы, охлаждаемые гелием, с использованием опыта разработки тепловых высокотемпературных гелиевых реакторов.

Реакторы-размножители, имеющие большую мощность блока, будут использоваться для выработки базовой электрической нагрузки. Неизбежна их тесная связь с технологическим комплексом переработки топлива. Эти соображения, а также требования нераспространения привязывают их к ограниченному числу высокотехнологических стран с крупными электросетями.

Долгоживущие актиноиды.

Используя различие нейтронных свойств тепловых и быстрых реакторов, можно оптимизировать многокомпонентную структуру ядерной энергетики, снижая суммарное количество долгоживущих трансурановых элементов в структуре. Положительный нейтронный баланс системы реакторов ядерной энергетики может обеспечить не только расширенное воспроизводство ядерного топлива, но и выжигание наиболее опасных радиоактивных отходов (табл. 2). Для этих целей может быть разработан специальный тепловой реактор-выжигатель, работающий самостоятельно или в подкритическом режиме в комбинации с внешним источником нейтронов. Перспективными вариантами для этой цели являются реактор на расплавах солей, высокотемпературный гелиевый реактор и мишень со свинцом или сплавом свинец-висмут.

Предвидится также расширение использования реакторов для наработки радиоактивных изотопов медицинского, технического и энергетического применения.

Для установившегося развития широкомасштабной атомной энергетики приближенная оценка соотношения мощностей ТРЭ/БРР/ ТРВ имеет вид 0,5/0,4/0,1.

Дата добавления: 2015-05-08