Магнитогидродинамический (МГД) метод наиболее эффективен для получения больших мощностей (100—1000 МВт). Магнитогидродинамическое преобразование основано на законах электромагнитной индукции, и в этом смысле МГД-генератор аналогичен динамомашине, в которой ЭДС возникает при движении проводников в магнитном поле. Разница заключается в том, что в МГД- преобразователе проводниками служат не твердые тела (например, металлические провода), а электропроводящие газы с высокой концентрацией свободных электронов и жидкие металлы.
По типу рабочих тел, используемых в МГД-гснсраторах, установки замкнутого цикла можно подразделить на три класса: 1) жидкометаллические (ЖМ)МГД-установки; 2) плазменные установки на неравновесной плазме; 3) плазменные установки на равновесной плазме.
МГД-установки на жидком металле могут использоваться непосредственно в сочетании с жидкометаллическими реакторами на быстрых нейтронах. Такие генераторы не требуют слишком высоких температур и компактны. Однако сложной задачей при создании такого типа генераторов является получение потока жидкого металла с достаточно большой скоростью. Способ разгона с использованием сопла, применяемый для газообразного рабочего тела, в данном случае неприменим. Для разгона жидкого металла предложено использовать конденсирующий инжектор (рис. 9.7) или сепаратор, однако низкий КПД таких схемпозволяет использовать МГД-установки только как надстройки к обычным паросиловым циклам.
Рис. 9.7. Схема ЖМ МГД-установки с конденсирующим инжектором:
1 — реактор; 2 — сопло; 3 — инжектор; 4 — охладитель; 5 — МГД-генератор
Рис. 9.8. Схема МГД-установки с газофазным реактором:
1 -реактор; 2 — МГД-генератор; 3 — смеситель; 4 — регенеративный теплообменник; 5 — конденсатор; 6 — насос
При использовании двухфазного рабочего тела в ЖМ МГД-генераторе экономические показатели могут быть улучшены.
В схемах с твердотвэльными ядерными реакторами существует возможность обеспечить достаточную проводимость газообразного рабочего тела МГД- генератора за счет неравновесной ионизации. При использовании в качестве теплоносителя инертного газа в сильном электрическом поле можно получить неравновесную плазму с большой разницей электронной и ионной температур. Действующие модели МГД-генераторов, рабочим телом в которых служит инертный газ, содержащий легкоионизируемые присадки, впервые были созданы в СССР, причем на ряде неравновесных генераторов достигнуто устойчивое преобразование в электрическую энергию 20% энтальпии потока.
Уровень температур МГД-генераторов порядка 2000 °С делает очень острой проблему выхода осколков деления в теплоноситель. По общему мнению специалистов, атомные станции с МГД-генераторами должны ориентироваться на температуру теплоносителя 1700 °С.
Перспективы внедрения МГД-генераторов в ядерную энергетику могут быть расширены при их сочетании с газофазными реакторами, в которых температура рабочего тела гораздо выше, чем в твердотвэльном реакторе. Равновесная проводимость плазмы при этих температурах (~ 10 000 К) велика даже без применения ионизирующейся присадки.
Особенностью схем с газофазным реактором (на UF6) является возможность замены газового компрессора большой мощности на жидкостной насос (рис. 9.8).
Стремление повысить коэффициент преобразования ядерной энергии в электрическую приведет к разработке все более высокотемпературных реакторов.
