Реактор с органическим теплоносителем

29.09.2021

Реактор с органическим теплоносителем — ядерный реактор, использующий в качестве теплоносителя органические жидкости (газойль, дифенильная смесь и пр.), имеющие хорошие замедляющие свойства и высокую температуру кипения при атмосферном давлении.

Преимущества

  • Низкое давление в первичном контуре существенно упрощает конструкцию реактора. Так, для примерно равных параметров пара во вторичном контуре (р = 30 атм) давление в реакторе с органическим теплоносителем может составлять порядка 2-3 атм (когда используется вода, реактор должен находиться под давлением ~ 160 атм).
  • Из-за химической инертности органических жидкостей к металлам упрощается проблема подбора покрытий для тепловыделяющих элементов. В реакторе с органическим теплоносителем тепловыделяющие элементы имеют алюминиевые покрытия с максимально допустимой температурой на их поверхности 400 °C. При той же температуре и водной среде тепловыделяющие элементы необходимо покрывать цирконием, так как алюминиевые покрытия при охлаждении водой могут использоваться до температуры на поверхности элементов не свыше 300 °C.

Недостатки

  • Температура плавления рекомендуемых в настоящее время органических теплоносителей выше температуры окружающей среды. Это вынуждает снабжать коммуникационные линии и оборудование специальными подогревательными устройствами.
  • Термическая и радиационная нестойкость. При высокой температуре и под действием излучения органические жидкости распадаются или образуют более сложные вязкие органические соединения. Для очистки органической жидкости от примесей в первый контур должны входить очистительные устройства, что усложняет энергетическую установку. Поэтому органические жидкости пока ещё редко используются в реакторостроении.

Используемые вещества

Ароматические вещества имеют более высокую сопротивляемость к радиационным воздействиям, чем алифатические. Из числа опробованных органических жидкостей наиболее стабильными в условиях повышенных температур и радиоактивного облучения оказались некоторые из полифенилов. В таблице приведены свойства органических жидкостей, рекомендованных для использования в реакторной технике.

Перспективы

Из-за перечисленных недостатков, на практике такие реакторы никогда не применялись. В 1960-е в СССР и в США было создано несколько экспериментальных конструкций, тогда же органические теплоносители испытывались в специальных каналах реакторов ВВЭР и МИР-М1 (петля ПО-1в реакторе МИР-М1 работала до конца 80-х годов). Существовал также проект мобильного реактора «Арбус» небольшой мощности, который мог монтироваться на новой площадке за 2—3 месяца. Впоследствии реконструирован в атомную станцию теплоснабжения АСТ-1 (до 5 МВт). В качестве теплоносителя использовался дитолилметан. Остановлен в 1988 году и сейчас выведен из эксплуатации. Снято все оборудование, демонтирована активная зона. Само здание используется для других нужд. Проект себя не оправдал из-за малого срока работы до перезагрузки (не более 6 месяцев), что недостаточно для отопительного периода. Проблема заключается в закоксовывании ТВЭЛов продуктами органики. Никакими способами, кроме перегонки, не удалось добиться очистки теплоносителя. В петле ПО-1 достигнута работа больше года, но там теплоноситель полностью менялся каждые 1-2 месяца, что совершенно неприемлемо для промышленного реактора. Очень пожароопасен и токсичен с химической точки зрения. Реакторы МИР-М1 и демонтированный реактор АСТ-1 находятся в г. Димитровград (НИИАР)