§ 3. ЖСР - ПЕРСПЕКТИВНЫЙ ТИП РЕАКТОРА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ КОНЦЕПЦИИ
К реакторам физико-химической концепции относятся по существу все типы реакторов с жидким или газообразным топливом, каждый из которых позволяет в принципе оптимально решать те или иные технологические задачи. Создание любого из реакторов этого типа связано со обоими трудностями и проблемами. Поэтому на этапе становления физико-химической концепции реакторостроения разумно выделить такой тип реактора, который мог бы быть «лидером» этого направления, т. е. выполнять роль, в какой-то мере аналогичную роли ВВЭР среди твердотопливных реакторов. Такой лидер должен обладать сравнительной инженерной простотой и по возможности базироваться на современном уровне технологии.
Очевидно, что газофазные реакторы не могут стать такими лидерами. Это связано прежде всего с потенциальной опасностью утечки газообразного топлива, находящегося в реакторе при давлении до нескольких сот атмосфер. Кроме того, привлекательность газофазных реакторов связана с возможностью обеспечить в них очень высокую температуру (до десятков тысяч градусов), а удержание газа при высоком давлении и такой высокой температуре связано с рядом технических трудностей, которые сегодня еще не преодолены [3—5, 17].
Более безопасны реакторы с жидким топливом: на водных растворах урана или плутония, с жидкометаллическим топливом и с топливом, находящимся в составе расплавленных солей [7, 8]. Для задач энергетики наиболее привлекательными являются жидкосолевые реакторы, для которых проще решаются проблемы безопасности и стойкости материалов. Кроме того, ЖСР могут работать при температурах 1000° С при давлении в контуре циркуляции горючего, не превышающем нескольких атмосфер. Жидкосолевые топливные композиции обладают достаточно высокой радиационной стойкостью. Эти особенности ЖСР весьма выгодно отличают его от реакторов на водных растворах делящихся элементов, в которых рабочие температуры практически ограничены значением 300° С и возникают серьезные проблемы, связанные с радиолизом воды.
Очень важное преимущество ЖСР связано с относительно высокой растворимостью соединений U и Th в расплавах фтористых солей легких металлов, имеющих температуру плавления до 500° С. Расплавы солей являются единственными известными в настоящее время жидкотопливными композициями, в которых содержание Th может быть доведено до уровня, обеспечивающего расширенное воспроизводство топлива при тепловом спектре нейтронов. Сравнительно просто решается для расплавов фтористых солей и проблема совместимости с конструкционными материалами, поскольку скорость коррозии в среде расплавленных фторидов слабо зависит от содержания в них окислов и ряда других микропримесей. Эти два обстоятельства выгодно отличают ЖСР от реакторов с жидкометаллическим топливом, для которых весьма ограничена растворимость U и Th и более остро стоит проблема коррозии конструкционных материалов.
С точки зрения технологии топливного цикла ЖСР также является наиболее продвинутым на сегодняшний день реактором физико-химической концепции. Очень важно, что ЖСР может работать с достаточно эффективным балансом нейтронов и при исключении ряда звеньев этого топливного цикла. В этом случае ЖСР хотя и теряет способность к расширенному воспроизводству топлива, но остается высокоэффективным конвертером [24].
Все перечисленные особенности ЖСР позволяют рассматривать их как перспективный тип реакторов физико-химической концепции, строительство которых возможно на основе современной технологии. В этом смысле можно говорить о ЖСР как о наиболее продвинутом типе жидкотопливных реакторов, и есть основания полагать, что ЖСР станет лидером среди реакторов физико-химической концепции.
Таблица 1
Изотопы с малым сечением захвата тепловых нейтронов
