WR-1

Whiteshell Reactor No. 1 nebo WR-1 je kanadský výzkumný reaktor umístěný ve Whiteshell Laboratories v Manitobě .  Byl postaven pro testování konceptu reaktoru typu CANDU , který nahradil těžkou vodu chladicí kapalinou olejovou látkou. To mělo řadu potenciálních výhod z hlediska nákladů a efektivity.

Reaktor o výkonu 60 MW byl navržen a postaven kanadskou General Electric za cenu 14,5 milionu C$ [1] . Kritičnosti dosáhl 1. listopadu 1965 a plného výkonu v prosinci 1965. Snahy o komercializaci designu začaly v roce 1971, ale skončily v roce 1973, kdy se těžká vodní chladicí kapalina stala standardem. WR-1 byl naposledy odstaven v roce 1985, palivo bylo vyloženo a od roku 2013 je vyřazeno z provozu, přičemž práce mají být dokončeny v roce 2023.

Základní popis

Hlavním problémem použití lehké vody jako moderátoru je, že také absorbuje část neutronů. Bilance neutronů v přírodní izotopové směsi je tak nízká, že i malé množství absorbované tímto způsobem se stává překážkou pro udržení kritičnosti. Ve většině konstrukcí reaktorů je toto eliminováno mírným zvýšením množství 235U vzhledem k 238U , což je proces známý jako obohacení . Konstrukce CANDU řeší problém zpomalení nahrazením běžné vody vodou těžkou. Vodík v těžké vodě má navíc neutron, takže šance, že původní štěpný neutron bude absorbován během zpomalování, je značně snížena. Navíc podléhá dalším reakcím, které dále zvyšují počet neutronů uvolněných během provozu. Ekonomika neutronů se zlepšila do té míry, že dokonce i neobohacený přírodní uran zůstane kritický, což výrazně sníží složitost a náklady na zásobování reaktoru palivem a umožní řadu alternativních palivových cyklů, které jsou zamíchány do méně reaktivních prvků. Nevýhodou tohoto přístupu je, že 235U je distribuován prostřednictvím větší hmoty paliva, což činí RPV významnějším pro jakoukoli danou úroveň výkonu. To může vést ke zvýšení kapitálových nákladů na vytvoření jádra reaktoru.

K vyřešení tohoto problému využívá CANDU unikátní uspořádání aktivní zóny reaktoru. Běžné konstrukce reaktorů se skládají z velkého kovového válce obsahujícího palivo a chladicí vodu, která je vypalována pod vysokým tlakem, aby se zvýšila teplota varu vody, aby se účinněji odvádělo teplo. V době, kdy byl CANDU vyvíjen, byl v Kanadě nedostatek finančních prostředků na stavbu tak velkých tlakových nádob, zvláště těch dostatečně velkých na provoz na přírodní uran. Úkolem bylo utěsnit tlakovou těžkou vodu v menších trubkách a poté je vložit do mnohem větší nízkotlaké nádoby známé jako kalandr. Jednou z hlavních výhod tohoto uspořádání je, že palivo lze odebírat z jednotlivých trubek, což umožňuje doplňování paliva do konstrukce za provozu, zatímco konvenční konstrukce vyžadují odstavení celé tlakové nádoby reaktoru. Mírnou nevýhodou je, že trubice také absorbují některé neutrony, ale ne natolik, aby vykompenzovaly zlepšenou neutronovou účinnost konstrukce těžké vody.

Významným problémem při použití jakékoli vody jako chladicí kapaliny je to, že voda má tendenci rozpouštět palivo a další složky a nakonec se stává vysoce radioaktivní. To je zmírněno použitím speciálních trubkových slitin a zpracováním paliva do keramické formy. Velkým problémem je, že voda má nízký bod varu, což omezuje provozní teploty. Materiál s vyšším bodem varu může pracovat při vyšších teplotách, což zlepšuje účinnost získávání energie a umožňuje, aby jádro bylo menší.

To byl základní předpoklad návrhu organického chlazeného reaktoru (OCR). V rozložení CANDU moderátor a chladicí kapalina použili těžkou vodu, ale nebyl k tomu jiný důvod než účelnost. Vzhledem k tomu, že většina zmírnění se odehrála v mase calandrie, bylo nahrazení malého množství v palivových potrubích nějakým jiným chladivem jednoduché, na rozdíl od konvenčních lehkovodních konstrukcí, kde bylo nutné přidat nějaký další moderátor. Použití oleje jako teplonosného média snížilo problémy s korozí, umožnilo použití běžnějších kovů a zároveň snížilo radiaci v chladicím systému. Organická kapalina vybraná podle OS-84 je směs terfenylů katalyticky zpracovaných vodíkem za vzniku 40 procent nasycených uhlovodíků. Terfenyly jsou petrochemické deriváty, které byly snadno dostupné a již byly použity jako teplonosné kapaliny. Navíc při použití materiálu s vyšším bodem varu může být reaktor provozován při vyšších teplotách. Tím se nejen snížilo množství nosiče těla potřebného k odstranění daného množství energie, a tím se snížila fyzická velikost jádra, ale také se zvýšila účinnost turbín používaných k extrakci této energie pro výrobu energie. WR-1 pracoval s výstupními teplotami až 425 °C, ve srovnání s asi 310 °C v konvenčním CANDU, kde byla jako moderátor a chladivo použita těžká voda. Znamenalo to také, že nebylo nutné tlačit chladicí kapalinu nad rámec toho, co bylo potřeba, aby byla protlačena chladicími trubkami požadovanou rychlostí. To umožnilo ztenčení palivových trubic, snížení počtu neutronů ztracených v interakci s trubicí a další zvýšení úspor neutronů.

Reaktor měl vertikální palivové kanály, na rozdíl od konvenčního zařízení CANDU, kde jsou potrubí horizontální. Reaktor nepoužíval konvenční regulační tyče, ale spoléhal na regulaci hladiny výkonným těžkovodním moderátorem pro nastavení výkonu. Reaktor lze rychle odstavit rychlým uvolněním moderátoru.

V roce 1971 začala AECL navrhovat 500 MW CANDU-OCR na bázi karbidu uranu (UC). Karbidové pohonné látky budou ve vodě korodovat, ale to není problém ve verzi chlazené olejem. Karbidové palivo bylo mnohem jednodušší na výrobu než složitější keramiku používanou ve většině konstrukcí reaktorů. Tato konstrukční práce byla zrušena v roce 1973, ale WR-1 tento koncept stejně testoval. Další možností bylo použití čistého kovového paliva, které by zvýšilo hustotu paliva a zajistilo vyšší úroveň vyhoření. Kovové palivo lépe zahřívá teplo, takže ve stejném prostoru lze použít výkonnější jádro.

Výhody

Mezi výhody organických chladicích kapalin patří jejich nízká aktivace, protože neutronové ozařování uhlovodíkových sloučenin nevede k tvorbě radioaktivních prvků s dlouhou životností. Kromě toho je výrazně sníženo plnění těžké vody do jaderného reaktoru (což je poměrně drahé), protože organické chladivo má dobrou moderační schopnost, což umožňuje zmenšit velikost reaktoru.

Výpočty ukazují, že zatížení reaktoru těžkou vodou (D 2 O) na 1 kW (elektřina) pokročilého reaktoru s organickým chladivem CANDU může být sníženo faktorem 5 ve srovnání se standardním provedením, když je těžká voda nahrazena chladivem. organické chladivo.

Mezi výhody vylepšeného těžkovodního jaderného reaktoru s organickým chladivem patří: vyšší účinnost; nízké zatížení těžkou vodou (asi 20 % oproti CANDU PHW); nízká indukovaná aktivita v primárním okruhu. Pro efektivní provoz reaktoru tohoto typu je zapotřebí: jaderné palivo s vysokou hustotou; filtry zabraňující kontaminaci kanálů chladicí kapalinou produkty radiolýzy; zajištění provozuschopnosti palivových kanálů pod tlakem při teplotě cca 375°C a opláštění paliva při teplotě 475°C.

Incidenty

V listopadu 1978 došlo k vážné nehodě související s chladicí kapalinou. Spotřebováno bylo 2 739 litrů chladicího oleje, z nichž většina skončila v řece Winnipeg. Oprava trvala několik týdnů. V roce 1980 došlo k dalšímu úniku 680 litrů. [2] [3]

Stav

17. května 1985 byl WR1 z ekonomických důvodů odstaven, přestože byl nejmladším z hlavních výzkumných reaktorů AECL. Reaktor je v mezistupni vyřazování z provozu, vyložen a z velké části demontován. Na konci vyřazování bude oblast vyčištěna do bezpečného stavu.

Poznámky

  1. ↑ WR-  1 . Pobočka Kanadské jaderné společnosti v Manitobě (18. března 2005). Získáno 7. listopadu 2016. Archivováno z originálu 18. března 2005.
  2. ↑ Taylor, zapomenutá jaderná nehoda Dave Manitoby (24. března 2011). Získáno 14. června 2018. Archivováno z originálu 31. března 2020.
  3. ↑ „Jaderný únik do řeky Zanedbatelný“ Winnipeg Free Press. Ritchie Gage 30. července 1981

Externí odkazy

 Jaderné elektrárny v Kanadě