Глава 2
ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ
ВВОДНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ
Прежде чем обсуждать вопросы физики, технологии и безопасности быстрых реакторов, целесообразно дать, следуя К. Виртцу [1], общие представления об их конструкции и условиях проектирования. Лучше всего это делать в сравнении с тепловыми реакторами, с которыми читатель, вероятно, более знаком.
После краткого рассмотрения основных целей проектирования быстрых реакторов перейдем к общему описанию механических и теплофизических характеристик. Поскольку жидкий натрий выбран как основной вид теплоносителя в реакторах БН, в изложении даны соответствующие иллюстрации. Наконец, обсуждаются соображения, влияющие на выбор топливных и конструкционных материалов и на основные параметры активной зоны.
ОСНОВНЫЕ ЦЕЛИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
В табл. 2.1 перечислены основные цели, преследуемые при проектировании реактора, и вытекающие отсюда требования к характеристикам конструкции реактора.
Безопасность работы является необходимым качеством любой реакторной системы.
Таблица 2.1. Общие критерии проектирования быстрых реакторов
Цель проектирования | Требование к конструкции |
Безопасность работы | Надежные системы |
Высокий коэффициент воспроизводства | Жесткий спектр нейтронов |
Малое время удвоения | Высокий избыточный коэффициент воспроизводства |
Низкая стоимость | Большая глубина выгорания Совместимость с топливным циклом ЛВР |
В конструкторских терминах это означает безотказность всех ее компонентов и гарантию того, что значения всех параметров не выйдут за
пределы допустимых расчетных границ в потенциально опасных (аварийных) ситуациях. Детальному рассмотрению проблемы безопасности посвящена часть IV книги.
Высокий коэффициент воспроизводства необходим для обеспечения малого времени удвоения, при котором окажется возможным ввод быстрых реакторов-размножителей не позже, чем наступит истощение доступных урановых ресурсов для ЛВР и значительный рост цен на уран. Как следует из табл. 1.3 и рис. 1.3, наибольший коэффициент воспроизводства достигается в реакторе на быстрых нейтронах, хотя приемлемое его значение можно получить и в реакторе на тепловых нейтронах с 233U в качестве топлива.
Малое время удвоения быстрых реакторов необходимо, чтобы обеспечить мировую потребность в энергии уже в первой половине следующего столетия вводом ядерных источников со значительной долей в общем энергетическом балансе. Причем недостаточно увеличивать количество БР в таком же темпе, в каком возрастает потребление электрической энергии. Для наращивания доли БР в общем энергетическом производстве время удвоения быстрых реакторов должно быть меньше, чем время удвоения потребляемой электроэнергии. Необходимость высокого коэффициента воспроизводства и низкий удельной загрузки для получения малого времени удвоения быстрых реакторов следует из уравнения (1.11).
Очень важным условием любого способа производства энергии является низкая стоимость. В этом отношении экономический анализ полного топливного цикла является ключевым моментом проблемы быстрых реакторов. Ясно, что глубокое выгорание — одна из главных целей с точки зрения как оптимального использования высокообогащенного топлива, так и минимизации времени выдержки топлива при переработке. Смежная задача экономического анализа заключается в оптимизации двухкомпонентной системы БР — ЛВР в целях получения наибольших преимуществ от использования единого 238U — 238Ри топливного цикла (по сравнению с системой, использующей 232Th — 233U цикл). Наконец, важное значение в экономике БР имеет величина капитальных затрат: система должна быть по возможности недорогой при одновременном удовлетворении критериям надежности.
