Сравнение конструкционных
и компоновочных решений интегральных и петлевых реакторов на быстрых
нейтронах
Безопасность эксплуатации реакторов на быстрых
нейтронах (АЭС)
Погружной вариант конструкции реактора
обеспечивает надежное охлаждение при аварии системы охлаждения, так как
большой объем теплоносителя, находящегося в одном баке, обеспечивает
лучшую тепловую инерцию и ослабляет эффекты переходных процессов. Однако
необходимо отметить и проблемы, связанные с обеспечением безопасности,
такие как большая радиоактивность натрия второго контура, обеспечение
изоляции инертного газа уплотнением, который должен скомпенсировать
тепловое расширение корпуса реактора и элементов верхнего защитного
экрана.
Проблемы, связанные с локализацией течи натриевого теплоносителя, также
определяют преимущества и недостатки того или иного типа компоновки.
Течь теплоносителя может привести к разрыву циркуляции по контуру,
обнажению активной зоны, горению натрия. Вероятность такой аварии
невелика, так как трубопроводы натриевых систем и корпуса оборудования
работают при относительно низких тепловых и механических нагрузках. К
тому же критическая длина трещин в нержавеющей стали, которую используют
в качестве основного материала в реакторах на быстрых нейтронах,
значительна, поэтому предполагается, что хрупких разрушений и разрывов
не будет. Однако полностью исключить такую аварию нельзя, а последствия
течи могут быть очень серьезны.
В случае петлевой компоновки трубопровод и корпус реактора обычно
окружены второй стенкой — страховочным кожухом. Однако заключить все
натриевые системы в страховочный кожух технически довольно сложно.
Поэтому допускается некоторая возможность вытекания натрия в помещение,
где расположена натриевая система. Здесь роль устройства, локализующего
аварию, выполняет само помещение, к которому предъявляют особые
требования: способность выдержать тепловые и механические нагрузки,
возникающие при вытекании большого количества натрия и возможном его
горении, а также герметичность помещения для удержания инертного газа
при нормальной работе установки или аэрозольных продуктов горения при
аварии. Трубопроводы первого контура при петлевой компоновке имеют
большие габариты; это приводит к тому, что боксы петель имеют достаточно
большие габариты, усложняя их герметизацию. В то же время требования к
герметизации предъявляются довольно высокие, так как для разветвленных и
крупногабаритных систем вероятность течи натрия более высока.
При интегральной компоновке большая часть радиоактивного натрия во время
эксплуатации находится в баке реактора. Это уменьшает вероятность течи и
контакта натрия с атмосферой помещения, так как он полностью окружен
страховочным кожухом. Но все же страховочный кожух при интегральной
компоновке не решает полностью проблему локализации возможной
течи/натрия, так как в баке реактора находится не весь радиоактивный
натрий. Вне бака реактора обычно располагаются система контроля и
очистки примесей в натриевом теплоносителе, система охлаждения хранилища
отработанных ТВС и т. п. Следовательно, и в случае интегральной
компоновки оборудования первого контура не исключена течь радиоактивного
натрия. Для локализации возможной течи разработаны различные технические
решения; например, страховочные кохужи на все вспомогательные системы,
что значительно усложняет конструкцию систем; в проекте реактора «Супер-Феникс»
система очистки расположена внутри бака реактора, что, естественно,
усложняет внутрибаковые конструкции.
Требование герметичности помещений первого контура предъявляется к
реакторам с натриевым охлаждением независимо от типа компоновки, хотя
проблемы, с которыми приходится при этом сталкиваться, неидентичны для
интегральных и петлевых реакторов, так как при интегральной компоновке
первого контура уменьшается число помещений, подлежащих герметизации, по
сравнению с петлевой компоновкой.