Большой интерес для промышленности представляют реакторы, способные производить высокотемпературное тепло (1000—1300°С). Такие высокотемпературные источники тепла необходимы как для металлургических процессов, процессов газификации угля и производства водорода, так и для высокоэффективной электроэнергетики, где высокие температуры нужны для использования газотурбинных, магнитогидродинамических и термоэлектрических преобразователей энергии.
Возможность получения высокотемпературного тепла в графитовых газоохлаждаемых реакторах (HTGR) достаточно широко рассматривается в литературе (см., например, [87]). Однако HTGR не единственный тип реактора, в котором может быть получена высокая температура. Таким реактором может быть и ЖСР с циркулирующим горючим. Расплавленные фториды и хлориды металлов достаточно стабильны и имеют низкое давление паров при температурах порядка 1300—1500°С, и существует ряд конструкционных материалов, которые совместимы с ними.
Таблица 22
Параметры ксенонового отравления реактора
Основной проблемой, возникающей при разработке ЖСР, работающих при температурах выше 1000оС, является создание отдельных узлов, способных работать при таких высоких температурах. В качестве материалов можно рассматривать тугоплавкие металлы, такие как вольфрам, молибден или жаропрочные сплавы на их основе, а также графит.
Разработкой такого направления ЖСР занимается в настоящее время ряд французских промышленных фирм под эгидой Комиссариата по атомной энергии Франции. Программа исследовательских работ, принятая во Франции, предполагает создание ЖСР на фторидах Li, Be, Th и U с температурой топливной соли на выходе из реактора 1300°С. В качестве конструкционного материала и замедлителя выбран графит, из которого предполагается изготовлять как сам реактор, так и первый контур с циркулирующей топливной солью, включая теплообменник. Наиболее трудная задача здесь — создание графита с малыми порами и достаточной радиационной стойкостью при высоких температурах [14].
Корпус реактора и трубопроводы первого контура могут быть изготовлены из графитовых узлов, стянутых «папирексом» (бумагой из графитовых волокон). Такая тепловая изоляция толщиной 4 см способна снизить температуру на поверхности графитовых блоков до 400°С при температуре на ее внутренней поверхности 1200°С. Поддержание температуры графитовых блоков на уровне, не превышающем 400°С, обеспечивает затвердевание топливной соли, если она попадает на поверхность такого блока. Таким образом, избежать утечки топливной соли можно без создания дополнительного металлического покрытия, герметизирующего систему. Правда, в этом случае не может быть использовано размещение первого контура в горячем отсеке с температурой, превышающей 500°С, как это предполагается в проекте MSBR.
Реакторы, предназначенные для производства высокотемпературного тепла, не обязательно должны работать в режиме расширенного воспроизводства. Поэтому можно пойти на снижение КК и рассматривать в качестве замедлителя графит (или другой замедлитель), облицованный тугоплавкими металлами.
Для получения высоких температур в принципе можно использовать также и гомогенные жидкосолевые реакторы на промежуточных или быстрых нейтронах. В таких реакторах благодаря отсутствию замедлителя в активной зоне легче решаются проблемы совместимости материалов в нейтронном поле. Кроме того, КК топлива в реакторе с более жестким спектром нейтронов будет выше, и реактор может работать в режиме расширенного воспроизводства топлива.
Если для реактора на тепловых нейтронах в качестве топливной соли лучше использовать расплавленные фториды и уран-ториевый топливный цикл, тο для реакторов на быстрых нейтронах можно рассматривать также и хлориды и Рu в качестве сырья и делящегося материала.
Высокотемпературный ЖСР сочетает в себе преимущества, связанные с высокой температурой теплоносителя (малые тепловые загрязнения, использование тепла в металлургии, химии и т. д., высокий тепловой КПД преобразователя электроэнергия) с преимуществами реактора с циркулирующими расплавленными солями (наилучшее использование природных делящихся материалов, дешевый топливный цикл и т. д.).
