Phoenix (reaktor)

Phoenix-atomreaktoren ( fransk  Phénix , opkaldt efter den mytiske fugl Phoenix [2] ) er en fransk natriumkølet hurtigopdrætsreaktor forbundet til nettet den 13. december 1973 ved Marcoule- atomcentret . Elektrisk effekt - 250 MW [3] (siden 2003 reduceret til 140 MW [4] ). Reaktorens avlsforhold var 1,18 [5] . Tankning blev udført fra to til fire gange om året, hver gang - 140-240 timer [6] .

Phoenix var et nøgleprojekt for at udforske udsigterne for behandling af nukleart affald [7] .

Driftsorganisationerne er det franske kommissariat for atomenergi (80 % af budgettet) og Electricite de France (20 %).

Konstruktionen af ​​enheden med Phoenix-reaktoren begyndte den 1. november 1968 , tilsluttet det franske elnet den 13. december 1973 . 14. juli 1974, dagen for stormen af ​​Bastillen , blev sat i kommerciel drift.

I 1989 og 1990 blev der registreret fire tilfælde af et pludseligt kraftigt fald i reaktorreaktivitet [8] . Ifølge INES-skalaen fik hændelser det andet niveau. Det var ikke muligt at finde ud af årsagerne til begivenhederne, som blev en af ​​årsagerne til Frankrigs gradvise afvisning af at videreudvikle retningen for hurtige reaktorer [9] . Phoenix blev stoppet den 6. marts 2009 , hvorefter der blev udført en række forsøg på den indtil december [4] . Reaktoren blev endeligt lukket ned den 1. februar 2010 [1] .

Phoenix's forgænger var Rhapsody -reaktoren ( fr.  Rapsodie ), som havde en termisk effekt på 40 MW og fungerede fra 1967 til 1983.

Under hensyntagen til erfaringerne fra Phoenix blev Superphoenix -reaktoren ( fransk Superphénix ) bygget, som havde en termisk effekt på 3000 MW og en elektrisk effekt på 1200 MW, men den fungerede kun fra 1985 til 1998 [10] og var lukket for politiske grunde [ præciserer ] [ 7 ] . På basis af Phoenix er det planlagt at bygge en reaktor på samme komplekss territorium i 2020'erne som en del af ASTRID -programmet for at skabe kommercielle fjerdegenerations hurtige neutronreaktorer [11] :22 .  

Baggrund og design

Enrico Fermi sagde i 1945 : "Det første land til at udvikle en hurtig neutronreaktor vil opnå en konkurrencefordel i brugen af ​​atomenergi."

Den første hurtige neutron atomreaktor var den amerikanske EBR I , lanceret den 20. december 1951, mens den blev den første atomreaktor af enhver type til at generere nogen mængde elektricitet, den var ikke forbundet til elnettet, energien blev primært brugt at oplyse bygningen, hvori reaktoren var placeret.

Arbejdet med hurtige neutronreaktorer blev udført i forskellige lande. 8. januar 1956 i Michigan (USA) begyndte konstruktionen af ​​den første kraftenhed af atomkraftværket. Enrico Fermi ( Eng.  Enrico Fermi Nuclear Generating Station ), som gav elektricitet til nettet den 8. maj 1966. De eksperimentelle reaktorer BR-2 (1956), BR-5 (1959), BR-10 (1973), BOR-60 (1968) blev bygget i USSR; industriel BN-350 (1973). I Storbritannien blev DFR (1962) og PFR (1975) bygget.

I Frankrig begyndte et sådant arbejde at blive udført i 1960'erne. Selvom hovedindsatsen var placeret på trykvandsreaktorer , blev hurtige neutronreaktorer også betragtet som en vigtig retning - opgaven var at skabe en klasse af kommercielt effektive hurtige neutronreaktorer, der ville tillade effektiv udnyttelse af lagre af nukleare materialer i hundreder af år [12 ] .

Hurtige neutronreaktorer er kendetegnet ved, at de er i stand til at producere mere fissilt materiale end at forbruge det. Energiressourcerne i uranmalm kan således bruges omkring 70 gange mere effektivt [13] .

Ved udgangen af ​​1958 blev der udviklet et udkast til projektet for en eksperimentel hurtig neutronreaktor " Rhapsody " ( fr.  Rapsodie ). Dens egenskaber svarede til kraftreaktorer (brændstof fra en blanding af uran og plutoniumdioxid , natriumkølevæske , energiintensitet , materialer, temperaturer), med undtagelse af muligheden for at generere elektricitet. Den 28. januar 1967 blev den overført til en kritisk tilstand, og to måneder senere blev den bragt til en designkapacitet på 20 MW [14] .

I betragtning af de amerikanske og britiske resultater, blev det besluttet at bygge en prototype kraftreaktor uden at vente på resultaterne fra Rhapsody. Pre-design undersøgelser for et 1000 MW anlæg blev udført i 1964. Navnet "Phoenix" blev foreslået til stationen og fik enstemmig godkendelse. I 1965 blev de vigtigste karakteristika bestemt. Brændstoffet blev valgt svarende til det, der blev brugt i Rhapsody - plutoniumreserver i Frankrig var ikke nok, og sammen med plutoniumdioxid blev det besluttet at bruge beriget urandioxid. Den elektriske effekt blev valgt til 250 MW [15] . Som i Rhapsody blev det besluttet at bruge et natriumkølemiddel. Et integreret skema blev valgt, når alle elementer i det primære kølesystem er monteret i samme volumen med reaktoren. I 1967 blev et detaljeret foreløbigt design udviklet. Den havde tre pumper og seks mellemvarmevekslere. Driftstemperaturer blev antaget til at være 400-600 °C. [16]

I 1969 underskrev Commissariat of Atomic Energy of France og Electricite de France en protokol om fælles opførelse og drift af stationen (80% af omkostningerne faldt på Commissariat, 20% på Electricite de France) [17] .

Konstruktion

Det blev besluttet at placere reaktoren nord for centrum af Markul . Andre overvejede muligheder var Cadarache (mangel på vandressourcer) og La Hague (beliggende for langt fra Cadarache, hvor produktionsfaciliteterne forbundet med natriumteknologi var koncentreret). Arbejdet på byggepladsen begyndte i oktober 1968. Gruben havde dimensioner på 180 gange 50 m, og en dybde på 11,5 m. Der blev udført gravearbejde i 18 måneder [18] .

Et træk ved konstruktionen var brugen af ​​en solid metalforing af den underjordiske del af reaktorrummet. Beklædningen blev samlet af præfabrikerede blokke - metalplader med et areal på 14 m², udstyret med afstivningsvinkler og fastgørelseselementer, tykkelsen af ​​pladerne til den vandrette del (basis) var 10 mm, for den lodrette (væg) 5 mm . Strukturen blev fastsat af et system af specielle rekvisitter. Metalplader blev fastgjort sammen ved svejsning , svejsede samlinger gennemgik radiografisk kontrol og kapillarfejldetektion. Efter konstruktionen af ​​strukturen blev bygningens betonfundament bygget i den resulterende metalbeklædning. Hulrummene mellem den yderste del af beklædningen og jorden blev fyldt med beton og gummi.

Den overjordiske del af reaktorbygningen var sammensat af omkring 270 præfabrikerede betonblokke, 25 cm tykke, som blev vandret forspændt efter væggene var bygget [18] .

Kronologi af konstruktion [19] :

• 1968
  • Oktober - begyndelsen af ​​byggeriet (pit).
• 1969
  • 5. maj - den første beton.
• 1970
  • januar - byggeriet af hovedvolumenet begyndte.
  • maj - konstruktionen af ​​indeslutningen begyndte .
  • 2. november - det primære volumen bygges.
  • 25. november - sikkerhedsvolumen bygget.
• 1971
  • 28. juli - det første parti natrium.
  • 2. august - kuplen bygges.
  • 18. oktober - det første kredsløb er fyldt med natrium.
• 1972
  • 21. februar - generatorstator installeret.
  • 24. marts - generatorrotoren blev installeret.
  • 15. december - det andet (mellemliggende) kredsløb er fyldt med natrium.
• 1973
  • 10. januar - reaktoren er fyldt med natrium og lastning af nukleart brændsel er påbegyndt.
  • 1. februar - Dampturbine lanceret .
  • 31. august - den første udgang i en kritisk tilstand.
  • 13. december - tilslutning til elnettet.

Strømproduktion

I hele driftsperioden ved hjælp af reaktoren blev der produceret 24440.402 GWh elektricitet [20] .

• energiberedskabsfaktor - 45,81  %
• installeret kapacitetsudnyttelsesfaktor  — 39,91 %
• koefficient for teknisk brug  - 41%.

Problemet med spring i reaktivitet

Under driften af ​​reaktoren blev der observeret en række problemer. De fleste af dem var relateret til utætheder i mellemvarmevekslere. Længden af ​​nedetiden efter eventuelle problemer skyldtes, at hver genstart af reaktoren krævede en politisk beslutning [11] :17 .

De fleste af disse problemer er blevet observeret i andre reaktorer af denne type. I 1989-1990 blev der dog registreret fire tilfælde af samme type nødsituationer ved reaktoren, som man ikke stødte på ved andre hurtige neutronreaktorer. Den 6. august, 24. august og 14. september 1989 og 9. september 1990 [8] blev reaktorens nødbeskyttelse udløst på grund af skarpe reaktivitetsudsving registreret af neutronfluxkontroludstyret [11] :17 .

Hændelserne blev kaldt AURN ( fransk:  Arrêt d'urgence par réactivité négative  - automatisk nødstop på grund af negativ reaktion). De blev observeret, når reaktoren var i drift ved fuld effekt eller tæt på den (de første tre tilfælde - ved en effekt på 580 MW, den fjerde - ved 500 MW). På tidspunktet for hændelserne var reaktoren i kontinuerlig drift i 4-15 dage. Nedlukningen skete som følge af, at den negative reaktivitet nåede nødbeskyttelsestærsklen [11] :18 .

Manuskriptet var det samme hver gang:

1. En næsten lineær skarp stigning i negativ reaktivitet og følgelig et fald i kraft. På kun 50 m s faldt effekten til 28-45% af den oprindelige (i dette øjeblik blev nødbeskyttelsen aktiveret).
2. Symmetrisk kraftig stigning i kraft næsten til startværdien.
3. Faldet igen, selvom mindre skarpt og dybt, 200 ms efter begivenhedens start.
4. Igen øger kraften til værdier, der er lidt højere end den oprindelige.
5. Kraftfald som følge af indførelsen af ​​absorberstænger i kernen ved automatisering.

Problemet har ikke fået en endelig forklaring på trods af mange års forskning iværksat af CEA. Den mest plausible forklaring anses for at være ved hjælp af et fænomen kaldet "kerneblomstring" eller "udadgående bevægelsesfænomen", en situation, hvor deformation i form af en forøgelse af størrelsen af ​​en brændstofsamling forårsager mekanisk belastning i omgivelserne samlinger, hvilket fører til udvidelse af hele kernen i radial retning. En lille stigning i afstanden mellem samlingerne fører til et kraftigt fald i k eff og følgelig en stigning i negativ reaktivitet og et fald i kraft [21] [11] :21 .

Se også

• BN-600
• BN-800
• BN-1200

Noter

1. ↑ 1 2 Nuclear Power Reactor Details - PHENIX Arkiveret 13. januar 2012 på Wayback Machine // IAEA / IRIS
2. ↑ Sauvage, 2004 , s. en.
3. ↑ Sauvage, 2004 , s. 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. Den endelige PHENIX-test .  (utilgængeligt link)
5. ↑ Eduard Khodarev. Liquid Metal Fast Breeder Reactors  //  IAEA bulletin. — Wien: IAEA . — Bd. 20 , nej. 6 . - S. 29-38 . Arkiveret fra originalen den 24. marts 2012.
6. ↑ Sauvage, 2004 , s. 64.
7. ↑ 1 2 Alan M. Herbst, George W. Hopley. Atomenergi nu: hvorfor tiden er inde til verdens mest misforståede energikilde  . - John Wiley og sønner, 2007.
8. ↑ 12 Sauvage , 2004 , s. 84.
9. ↑ Phoenix hurtigreaktor lukket officielt i Frankrig Arkivkopi dateret 19. oktober 2013 på Wayback Machine // Atominfo.ru
10. ↑ Sauvage, 2004 , s. 225.
11. ↑ 1 2 3 4 5 Philip Gottfridsson. Simulering af reaktortransient og designkriterier for natriumkølede hurtige reaktorer . — Universitetsessay fra Uppsala universitet/Tillämpad kärnfysik, 2010.
12. ↑ Sauvage, 2004 , s. 7.
13. ↑ Sauvage, 2004 , s. otte.
14. ↑ Sauvage, 2004 , s. 9-10.
15. ↑ Sauvage, 2004 , s. elleve.
16. ↑ Sauvage, 2004 , s. 12-13.
17. ↑ Sauvage, 2004 , s. fjorten.
18. ↑ 12 Sauvage , 2004 , s. femten.
19. ↑ Sauvage, 2004 , s. 16.
20. ↑ Operations Experience History - PHENIX Arkiveret 29. januar 2012 på Wayback Machine // IAEA / PRIS
21. ↑ Sauvage, 2004 , s. 98-100.

Litteratur

• Jean Francois Sauvage. Phènix - 30 års historie: hjertet af en reaktor  (engelsk) . – 2004.