Phoenix (reaktor)

Phoenix Nuclear Reactor ( francouzsky  Phénix , pojmenovaný po bájném ptáku Phoenix [2] ) je francouzský sodíkem chlazený rychlý množivý reaktor připojený k síti 13. prosince 1973 v jaderném centru Marcoule . Elektrický výkon - 250 MW [3] (od roku 2003 snížen na 140 MW [4] ). Chovný poměr reaktoru byl 1,18 [5] . Tankování bylo prováděno dvakrát až čtyřikrát ročně, pokaždé - 140-240 hodin [6] .

Phoenix byl klíčový projekt prozkoumat vyhlídky na zpracování jaderného odpadu [7] .

Provozujícími organizacemi jsou Francouzský komisariát pro atomovou energii (80 % rozpočtu) a Electricite de France (20 %).

Stavba bloku s reaktorem Phoenix začala 1. listopadu 1968 , do francouzské elektrické sítě byl připojen 13. prosince 1973 . 14. července 1974, den napadení Bastily , byl uveden do komerčního provozu.

V letech 1989 a 1990 byly zaznamenány čtyři případy náhlého prudkého poklesu reaktivity reaktoru [8] . Podle stupnice INES dostaly incidenty druhý stupeň. Příčiny událostí se nepodařilo zjistit, což se stalo jedním z důvodů postupného odmítání Francie dále rozvíjet směr rychlých reaktorů [9] . Phoenix byl zastaven 6. března 2009 , poté na něm až do prosince probíhala řada experimentů [4] . Reaktor byl nakonec odstaven 1. února 2010 [1] .

Předchůdcem Phoenixu byl reaktor Rhapsody ( fr.  Rapsodie ), který měl tepelný výkon 40 MW a fungoval v letech 1967 až 1983.

S přihlédnutím ke zkušenostem Phoenixu byl postaven reaktor Superphoenix ( francouzsky Superphénix ), který měl tepelný výkon 3000 MW a elektrický výkon 1200 MW, ale fungoval pouze v letech 1985 až 1998 [10] a byl uzavřen na politické důvody [ upřesnit ] [7] . Na bázi Phoenixu je plánována výstavba reaktoru na území stejného komplexu v roce 2020 v rámci programu ASTRID na vytvoření komerčních reaktorů s rychlými neutrony čtvrté generace [11] :22 .  

Pozadí a design

Enrico Fermi řekl v roce 1945 : "První země, která vyvinula rychlý neutronový reaktor, získá konkurenční výhodu ve využívání atomové energie."

Prvním rychlým neutronovým jaderným reaktorem byl americký EBR I , spuštěný 20. prosince 1951, přičemž se stal prvním jaderným reaktorem jakéhokoli typu generujícím libovolné množství elektřiny, nebyl připojen k rozvodné síti, energie byla využívána především k osvětlení budovy, ve které byl reaktor umístěn.

Práce na rychlých neutronových reaktorech byly prováděny v různých zemích. 8. ledna 1956 byla v Michiganu (USA) zahájena výstavba prvního energetického bloku jaderné elektrárny. Enrico Fermi ( Eng.  Enrico Fermi Nuclear Generating Station ), který 8. května 1966 dodal elektřinu do sítě. Experimentální reaktory BR-2 (1956), BR-5 (1959), BR-10 (1973), BOR-60 (1968) byly postaveny v SSSR; průmyslový BN-350 (1973). Ve Velké Británii byly postaveny DFR (1962) a PFR (1975).

Ve Francii se taková práce začala provádět v 60. letech 20. století. Přestože hlavní sázka byla kladena na tlakovodní reaktory , za důležitý směr byly považovány i reaktory s rychlými neutrony – úkolem bylo vytvořit třídu komerčně účinných reaktorů s rychlými neutrony, které by umožnily efektivní využití zásob jaderných materiálů na stovky let [12 ] .

Rychlé neutronové reaktory se vyznačují tím, že jsou schopny vyrobit více štěpného materiálu , než jej spotřebovat. Energetické zdroje obsažené v uranové rudě tak lze využít asi 70x efektivněji [13] .

Koncem roku 1958 byl vyvinut návrh verze projektu experimentálního reaktoru s rychlými neutrony „ Rhapsody “ ( fr.  Rapsodie ). Jeho vlastnosti odpovídaly energetickým reaktorům (palivo ze směsi oxidu uranu a plutonia , chladivo sodíku , energetická náročnost , materiály, teploty), s výjimkou možnosti výroby elektřiny. 28. ledna 1967 byl převeden do kritického stavu a o dva měsíce později byl uveden na projektový výkon 20 MW [14] .

Vzhledem k americkým a britským úspěchům bylo rozhodnuto postavit prototyp energetického reaktoru bez čekání na výsledky z Rhapsody. Předprojektové studie pro elektrárnu o výkonu 1000 MW byly provedeny v roce 1964. Název „Phoenix“ byl navržen pro stanici a získal jednomyslný souhlas. V roce 1965 byly stanoveny hlavní charakteristiky. Palivo bylo zvoleno podobně jako v Rhapsody – zásoby plutonia ve Francii nestačily a spolu s oxidem plutonia bylo rozhodnuto použít obohacený oxid uraničitý. Elektrický výkon byl zvolen na 250 MW [15] . Stejně jako v Rhapsody bylo rozhodnuto použít sodíkové chladivo. Bylo zvoleno integrované schéma, kdy jsou všechny prvky primárního chladicího systému namontovány ve stejném objemu s reaktorem. V roce 1967 byl vypracován podrobný předběžný návrh. Měl tři čerpadla a šest mezilehlých výměníků tepla. Provozní teploty byly stanoveny na 400–600 °C. [16]

V roce 1969 podepsal Commissariat of Atomic Energy of France a Electricite de France protokol o společné výstavbě a provozu stanice (80 % nákladů připadlo na Commissariat, 20 % na Electricite de France) [17] .

Konstrukce

Bylo rozhodnuto umístit reaktor severně od centra Markulu . Dalšími zvažovanými možnostmi byly Cadarache (nedostatek vodních zdrojů) a La Hague (příliš daleko od Cadarache, kde byla soustředěna výrobní zařízení spojená s technologií sodíku). Práce na stavbě začaly v říjnu 1968. Jáma měla rozměry 180 x 50 m, hloubku 11,5 m. Výkopové práce probíhaly 18 měsíců [18] .

Charakteristickým rysem konstrukce bylo použití pevného kovového obložení podzemní části reaktorového prostoru. Opláštění bylo sestaveno z prefabrikovaných bloků - plechů o ploše 14 m², opatřených výztužnými úhelníky a spojovacími prvky, tloušťka plechů pro vodorovnou část (základnu) byla 10 mm, pro svislou (stěnu) 5 mm . Konstrukce byla upevněna systémem speciálních podpěr. Plechy byly k sobě spojeny svařováním , svarové spoje prošly rentgenovou kontrolou a detekcí kapilárních vad. Po vybudování konstrukce byl ve výsledném kovovém opláštění vybudován betonový základ objektu. Dutiny mezi vnější částí obkladu a zeminou byly vyplněny betonem a pryží.

Nadzemní část budovy reaktoru byla složena z cca 270 prefabrikovaných betonových bloků o tloušťce 25 cm, které byly po postavení stěn vodorovně předepnuty [18] .

Chronologie stavby [19] :

• 1968
  • Říjen - začátek stavby (jáma).
• 1969
  • 5. květen – první beton.
• 1970
  • Leden — stavba hlavního svazku zahájena.
  • Květen - stavba kontejnmentu začala .
  • 2. listopadu — je postaven primární svazek.
  • 25. listopadu – bezpečnostní svazek postaven.
• 1971
  • 28. července – první várka sodíku.
  • 2. srpna - dóm je postaven.
  • 18. října - první okruh je naplněn sodíkem.
• 1972
  • 21. února - instalován stator generátoru.
  • 24. března - byl instalován rotor generátoru.
  • 15. prosince - druhý (mezi) okruh je naplněn sodíkem.
• 1973
  • 10. ledna - reaktor je naplněn sodíkem a zahájena nakládka jaderného paliva.
  • 1. února - parní turbína zahájena .
  • 31. srpna - první výjezd do kritického stavu.
  • 13. prosince - připojení k elektrické síti.

Výroba energie

Za celou dobu provozu s pomocí reaktoru bylo vyrobeno 24440,402 GWh elektřiny [20] .

• faktor energetické připravenosti  - 45,81 %
• faktor využití instalované kapacity  — 39,91 %
• koeficient technického využití  - 41 %.

Problém skoků v reaktivitě

Během provozu reaktoru byla pozorována řada problémů. Většina z nich souvisela s netěsnostmi v mezivýměnících tepla. Délka odstávky po případných problémech byla způsobena tím, že každý restart reaktoru vyžadoval politické rozhodnutí [11] :17 .

Většina těchto problémů byla pozorována u jiných reaktorů tohoto typu. V letech 1989-1990 však byly na reaktoru zaznamenány čtyři případy havarijních situací stejného typu, které se u jiných rychlých neutronových reaktorů nevyskytly. Ve dnech 6. srpna, 24. srpna a 14. září 1989 a 9. září 1990 [8] byla spuštěna havarijní ochrana reaktoru v důsledku prudkých výkyvů reaktivity , které zaregistrovalo zařízení pro řízení toku neutronů [11] :17 .

Incidenty se nazývaly AURN ( francouzsky:  Arrêt d'urgence par réactivité négative  – automatické nouzové vypnutí kvůli negativní reaktivitě). Byly pozorovány, když reaktor pracoval na plný výkon nebo blízko něj (první tři případy - při výkonu 580 MW, čtvrtý - při 500 MW). V době incidentů byl reaktor v nepřetržitém provozu po dobu 4-15 dnů. K odstavení došlo v důsledku negativní reaktivity, která dosáhla prahu havarijní ochrany [11] :18 .

Scénář byl pokaždé stejný:

1. Téměř lineární prudký nárůst negativní reaktivity a v důsledku toho pokles výkonu. Za pouhých 50 m s klesl výkon na 28-45 % původního (v tuto chvíli byla aktivována nouzová ochrana).
2. Symetrický prudký nárůst výkonu téměř na výchozí hodnotu.
3. Opět pád, i když méně prudký a hluboký, 200 ms po začátku akce.
4. Opět zvýšení výkonu na hodnoty o něco vyšší než původní.
5. Pokles výkonu v důsledku zavedení tyčí absorbéru do jádra automatizací.

Problém nedostal definitivní vysvětlení, a to i přes roky výzkumu iniciovaného CEA. Za nejpravděpodobnější vysvětlení je považováno pomocí jevu zvaného „výkvět jádra“ nebo „fenomén pohybu směrem ven“, tedy situace, kdy deformace v podobě zvětšení velikosti jednoho palivového souboru způsobuje mechanické namáhání okolního prostředí. sestav, což vede k expanzi celého jádra do radiálního směru. Mírné zvětšení vzdálenosti mezi sestavami vede k prudkému poklesu keff a v souladu s tím ke zvýšení negativní reaktivity a snížení výkonu [21] [11] :21 .

Viz také

• BN-600
• BN-800
• BN-1200

Poznámky

1. ↑ 1 2 Podrobnosti o jaderném reaktoru – PHENIX Archivováno 13. ledna 2012 ve Wayback Machine // IAEA / IRIS
2. ↑ Sauvage, 2004 , str. jeden.
3. ↑ Sauvage, 2004 , str. 217.
4. ↑ 1 2 A. Vasile, B. Fontaine. M. Vanier, P. Gauthé, V. Pascal, G. Prulhière, P. Jaecki, D. Tenchine, L. Martin, JF Sauvage, D. Verwaerde, R. Dupraz, A. Woaye-Hune. Závěrečný test PHENIX .  (nedostupný odkaz)
5. ↑ Eduard Chodajev. Rychlé množivé reaktory na tekuté kovy  //  bulletin MAAE. — Vídeň: MAAE . — Sv. 20 , č. 6 . - str. 29-38 . Archivováno z originálu 24. března 2012.
6. ↑ Sauvage, 2004 , str. 64.
7. ↑ 1 2 Alan M. Herbst, George W. Hopley. Jaderná energie nyní: proč nastal čas pro světově nejvíce nepochopený zdroj energie  . — John Wiley and Sons, 2007.
8. ↑ 12 Sauvage , 2004 , str. 84.
9. ↑ Rychlý reaktor Phoenix oficiálně uzavřen ve Francii Archivní kopie z 19. října 2013 na Wayback Machine // Atominfo.ru
10. ↑ Sauvage, 2004 , str. 225.
11. ↑ 1 2 3 4 5 Philip Gottfridsson. Simulace přechodových dějů reaktoru a návrhová kritéria rychlých reaktorů chlazených sodíkem . — Univerzitní esej z Uppsala universitet/Tillämpad kärnfysik, 2010.
12. ↑ Sauvage, 2004 , str. 7.
13. ↑ Sauvage, 2004 , str. osm.
14. ↑ Sauvage, 2004 , pp. 9-10.
15. ↑ Sauvage, 2004 , str. jedenáct.
16. ↑ Sauvage, 2004 , pp. 12-13.
17. ↑ Sauvage, 2004 , str. čtrnáct.
18. ↑ 12 Sauvage , 2004 , str. patnáct.
19. ↑ Sauvage, 2004 , str. 16.
20. ↑ Historie provozních zkušeností – PHENIX Archivováno 29. ledna 2012 na Wayback Machine // IAEA / PRIS
21. ↑ Sauvage, 2004 , str. 98-100.

Literatura

• Jean Francois Sauvage. Phènix - 30 let historie: srdce reaktoru  (anglicky) . — 2004.