Источник
Ядерная энергия - LiveJournal.com
Выбор редакции
28 мая, 00:20

Классное ЖД видео из чернобольской зоны очуждения.

  • 0

Совмещение сразу двух форматов - медитативное видео из кабины электропоезда и рассказ про обстоятельства переноса жилья работников ЧАЭС из Припяти в Славутич и создания соответствующей ветки.Мне понравился весьма грамотный и интересный закадровый текст - во всяком случае я на слух никаких ошибок в том, что касается атомной тематики не услышал.

Выбор редакции
26 мая, 14:12

Еще одна тучка над ИТЭР - опубликован проект бюджета США на 2018 год.

  • 0

Это президенский проект бюджета (финасовый 2018 начнется в США с 1 октября 2017), который будет кроится и изменяться, однако тенденция уже зафиксирована:Практически по всем(!) научным программам США сокращения бюджета составляют 15-20%, в т.ч. в DOE (Министерстве Энергетики). Основную потерю (сокращение вдвое) понесет программа биологической и экологической направленности (сокращена вдвое), но достанется и ядерной физики (-19,1%), фундаментальным энергетическим исследованиям (-16,9%), ну и наконец термоядрные исследования сокращаются на 18,4% с 367 до 310 миллионов долларов. При этом ассигнования на ИТЭР падают со 125 млн до 63 млн - даже быстрее, чем общее сокращение этих программ. Будет закрыта и APRA-E - раздача грантов в 1-5 млн долларов разным командам в области термоядерных исследований, которые получали проекты типа MagLIF, Helion Energy или General Fusion.63 миллиона долларов на ИТЭР будет крайне неприятным сюрпризом для проекта. Напомню, что именно в 2018 участники должны начать "сдвать деньги" на сборку установки, и это довольно серьезные расходы. В прошлом году запланированные бюджетные нужды ITER US выглядели так:В первой табличке показаны расходы на достижение запуска установки в конце 2025 года - расходы на производство поставляемого США оборудования (hardware) и оплата работ по сборке ИТЭР наличными. В 2017 финансовом году DOE свои деньги получило, и в 2018 надо было резко вздувать расходы на этот проект, что уже год назад выглядело очень непростой задачей. Теперь мы видим, что это просто нереальный таргет - даже если конгресс поборется за возвращения денег в научные программы, в лучшем случае можно ожидат повторения прошлогоднего финансирования, что означает либо недостаток денег на сборку ИТЭР, либо заморозки по производству американского оборудования ИТЭР - в конечном варианте срыв сроков и удорожания проекта.Кстати, что бы дважды не вставать - администрация Трампа решила расстаться с идеей изготовления MOX топлива из 34 тонн оружейного плутония на заводе MFFF (подробнее про всю эту тему), этот плутоний будет "захоронен" (на деле - складирован неудобным для доставания образом) в хранилище WIPP, в стиле "умерло [соглашение по утилизации оружейного плутония], так умерло" Рационально, конечно, но желание рубить лес у администрации Трампа слегка приводит в изумление.

Выбор редакции
25 мая, 23:52

И еще железяка

  • 0

Пока работа снова придавила, удается написать только про новую изготовленную железку ИТЭРСильно кликабельно.Это первый штатный магнит тороидального поля без силовой оболочки, изготовленный Европой (конкретно - итальянским ASG). Магнит полностью инструментирован (т.е. установлены все датчики, с помощью которых будет осуществляться его контроль), все 14 слоев свехпроводящей намотки объеденены в последовательный кабель длиной около 10 км, к местам соединений подведены вводы и выводы для жидкого гелия. Сверху магнит покрыт электропроводящей краской для выравнивания потенциала (снижения вероятности пробоя).Мы уже видели этот магнит в таком виде:Это февраль 2016 - только-только сложены 7 радиальных плат, из которых состоит намоточный пакет. И в таком виде:Через пару месяцев - добавлена внешняя изоляция. Теперь это изделие отправится для вставления в силовой корпус и криогенных и электрических испытаний в цехе фирмы SIMIC, а в 2018 году - в ИТЭР на сборку.Кстати, по большому, с помпой принятому расписанию, первый японский магнит должен был быть готовым первым, однако японцы отстают от европейцев примерно на 9 месяцев. Такие нарушения графиков видны сейчас в проекте все больше - если раньше все это было мало важно на фоне стоящей на месте стройки зданий, то сегодня начинает внушать тревогу.Еще один маленький моментик касается выполнения двумя европейскими компаниями контракта на производство 70 радиальных плат - металлических основ для намотки сверхпроводящего кабеля. Стоимость изготовления 70 прецизионных деталей размером 13х9 метров - 150 млн евро, т.е. 15 млн евро на каждый из магнитов тороидального поля, изготавливаемых европой.

Выбор редакции
20 мая, 21:22

Про стоимость новых российских АЭС

  • 0

Я довольно регулярно пишу о финансах применительно к атомной отрасли, и в том числе привык оперировать стоимостью отечественных блоков в районе от 80 до 160 миллиардов рублей за блок (в зависимости от типа). Однако один слайд из доклада гендиректора Росатома А. Лихачева, показывает, что ситуация весьма невеселая, и пора увеличивать все расценки раза в полтора

Выбор редакции
20 мая, 00:02

Красивые кадры бассейнового реактора на мощности

  • 0

На видео тут учебный университетский реактор Penn State Breazeale Reactor типа TRIGA Mark-IIIИнтересно, что на 1 мегаватте начинает долетать и до камеры (характерный снег). Это довольно распространенный учебный/изотопный реактор Triga III, он использует несколько десятков килограмм урана ~20% обогащения по 235 изотопу, гомогенно перемешанного с гидридом циркония Кстати, как интересное следствие выбранного в 60х годах топлива - гидрид циркония в реакторе не является экзотикой для американских атомщиков, они на нем учатся в университетах.Кстати конкретно этот реактор держит славу самого долгодействующего среди исследовательских/учебных в США - работает с 1955 года.Поток нейтронов здесь примерно в 20 раз ниже, чем в центре энергетического гигаваттного ВВЭР/PWR (можно представить, как яростно светит в центре ВВЭР), тем не менее для простейших опытов с нейтронами этот реактор годится - за ним установлена тяжеловодная ловушка и нейтроноводы, кроме того, здесь делают нейтронно-активационный анализ (поиск элементов в образце по их активации и характерным энергиям гамма-квантов распада). 

17 мая, 23:22

Что нам стоит дом для РАО построить (про аварию на Хэнфорде)

  • 0

Мне кажется, у людей, эпизодически сталкивающихся с новостями из атомной отрасли иногда складывается впечатление, что некоторые вещи тут переусложнены. Например обращение с радиоактивными отходами (РАО) - причем речь идет не о ощутимо опасных штуках, как отработанное ядерное топливо (ОЯТ), а например загрязненное оборудование, здания, одноразовая одежда, деконтаминационный материал и вода и т.п. Все эти сортировки в защитных камерах, резки, отмывки, выпаривание воды, которой отмывали, цементирование выпаренного остатка и т.п.Примером такого ощущения для меня являются комментарии к недавнему рассказу про разбор Игналинской АЭС - "зачем тратить 3 миллиарда евро и 30 лет, залили бетоном и все". В таком предложении все хорошо, кроме масштабов времени, с которым сталкиваются инженеры, занимающиеся проектированием сооружений и процедур обращения с РАО. Радионуклиды, образующиеся в ядерных реакторах имеют периоды полураспада от миллисекунд до миллионов лет, но сложны в обращении из них те, периоды полураспада которых лежат в диапазоне от полугода до ста тысяч лет. Все что распадается короче, чем за полгода - распадется до безопасных значений за 10...20 лет, и в общем попадает в "человеческие" по длительности процедуры обращения с материальным миром. То, что имеет период полураспада выше 100 тысяч лет, низкоактивно (напомню, что активность обратно пропорциональна периоду полураспада), и в принципе может быть разбавлено до безопасных концентраций или сразу имеет безопасные концентрации.Приповерхностное захоронение низкоактивных и короткоживущих среднеактивных РАО в гидроизолированных траншеях - расчитано на 100-200 лет.В этот зазор по периоду полураспада попадает много известных радионуклидов, например 137Cs, 90Sr, 238Pu, 239Pu, 240Pu, 241Am, 14C, 3H и еще много других. Это значит, что типичные загрязнения атомных объектов в общем, не сортированном виде будут представлять опасность тысячелетиями. Это легко написать, но сложно представить: каким образом можно сохранять целостность "просто залитого бетоном здания" тысячелетиями, не давая ему размываться осадками, разрушаться температурными перепадами и растительностью, выветриваться и разносить радионуклиды по окрестностям.Текущий и будущий внешний вид крупнейшего французского захоронения короткоживущих среднеактивных отходов в Манше.Собственно, на таком сроке существует даже проблема донести до потомков, что данный объект опасен. Можем ли мы вообразить, что гипотетическое скифское хранилище РАО, построенное во 2 веке, было бы нам известно и опасность его была бы понятна без изобретения дозиметров?Впрочем, как раз из скифской практики понятно, какие сооружения могут продержаться тысячилетия - это курганы. Именно в, по сути, курганах сегодня захоранивают РАО средней активности, с расчетом, что когда захоронение потеряет свою гидроизолирующую способность, радионуклиды уже распадутся в достаточной степени.Самые неприятные радионуклиды - высокоактивные или с долгим периодом полураспада захоранивают в подземных шахтных сооружениях, например РАО с Хэнфорда (о котором сегодня речь) собираются захоранивать в подземном комплексе WIPP (на фото)Отсюда же другая известная дилема - захоронений ОЯТ пока не существует не потому что, не понятно как это сделать, а потому что не существует быстрых способов убедиться в стойкости изоляции ОЯТ (обычно в штольнях в гранитах или солях на глубине не менее 500 метров) в течении полумиллиона лет - именно столько требуется радионуклидам ОЯТ, что бы естественный распад снизил удельную активность бывшего топлива до безопасных значений. Сейчас в мире есть несколько геолабораторий (более подробная статья), где собираются данные по подвижности и проницаемости пород, которые можно будет экстраполировать на сотни тысяч лет вперед. Т.е. еще раз - технология понятно, но нет строго доказательсва на 500 тысяч лет вперед.Закрепляет мою мысль недавнее происшествие на американском Hanford site, известной площадке, где в 1944 году был получены первые в мире товарные количества оружейного плутония: местное происшествие показывает, что и через 70 лет просто оставленные РАО не дают о себе забыть, заставляя нервничать и тратится, и что нормальное их захоронение - дорогая, но необходимая альтернатива. Позволю себе процитировать описание произошедшего с atominfo.ru:Инцидент 9 маяОбъект "Ханфорд", стоящий на берегу реки Колумбия в штате Вашингтон - один из крупнейших американских военных ядерных объектов времён холодной войны. Среди прочего, здесь в период 1944-1988 годов производили плутоний для военной программы. Нежелательным побочным результатом этой деятельности стало образование большого количества отходов, хранение которых было организовано непосредственно на площадке.Когда говорят о ханфордских отходах, то обычно имеют в виду, в первую очередь, баки с жидкими отходами. Однако инцидент 9 мая 2017 года произошёл не с ними, а в одном из тоннелей, в которых хранится часть отходов плутониевого завода. Плутониевый завод (PUREX plant).Тоннели идут на юг от восточной стороны завода (юг на фотографии - вверху).Утром 9 мая 2017 года работники объекта обнаружили провал грунта в насыпи над одним из тоннелей. Размеры провала составили примерно 20×20 футов (примерно 6×6 метров). На объекте была объявлена чрезвычайная ситуация уровня "Alert" (Внимание!), предполагающая, что персонал, не находящийся вблизи места инцидента, не подвергается опасности. Спустя несколько часов, однако, ЧС переклассифицировали более высоким уровнем "Site Area Emergency" (чрезвычайная ситуация на площадке). Данный уровень предполагает, что опасность не выйдет за пределы объекта "Ханфорд", но для персонала, находящегося на объекте, присутствует опасность. Часть работников была временно эвакуирована. Провал, фото Ханфорд.По результатам измерений было установлено, что выброса не произошло. На следующий день, 10 мая 2017 года, работники засыпали провал в насыпи над тоннелемОбъект "Ханфорд" распространил видео о ходе работ по засыпке провала. Работники в ходе операции использовали средства индивидуальной защиты (спецодежда, воздушные фильтры), а поливальная машина прибивала поднимавшуюся пыль. Работы по засыпке провала, фото Ханфорд.Тоннели плутониевого заводаВсего от плутониевого завода отходят два тоннеля. Наиболее старый из них, известный также как тоннель №1, был построен в 1956 году. Внутри тоннеля №1 проложена однопутная железная дорога. Её использовали для доставки на плутониевый завод облучённых материалов для переработки, а впоследствии переориентировали на хранение отходов, размещавшихся в железнодорожных вагонах, специально приспособленных для этих целей. К месту стоянки вагоны доставлялись дистанционно управляемым локомотивом. В принципе, каждый из вагонов можно извлечь из тоннеля, однако в связи с тем, что тоннель фактически представляет собой железнодорожный тупик, эту операцию можно производить только по принципу стека (последним вошёл - первым вышел).Тоннель №1 имеет прямоугольное сечение 19×22 футов (5,8×6,7 метров), его длина - 358 футов (более 109 метров). В тоннеле достаточно места для размещения восьми вагонов с отходами. Стены тоннеля №1 - бетонные на участке длиной 100 футов (30,5 метров), прилегающем к соединению с тоннелем №2, и деревянные на остальной длине. Сверху тоннель прикрыт слоем грунта примерно 8 футов (более 2,4 метров).Провал грунта 9 мая 2017 года был обнаружен именно на тоннеле №1, на участке вблизи соединения с тоннелем №2.Строительство тоннеля №1, октябрь 1955 года, фото "Westinghouse".Строительство тоннеля №2 было завершено в 1964 году. Его протяжённость составляет 1686 футов (около 514 метров). В тоннеле хватает места для 40 вагонов с отходами, однако в настоящее время в нём находится всего 28 вагонов. Тоннель №2 отличается от первого тоннеля как формой, так и материалами - его делали уже более надёжным.Первый вагон с отходами был поставлен в тоннеле №2 в декабре 1967 года, а последний, 28-ой по счёту - в августе 2000 года. Всего в тоннеле находятся 23 вагона с отходами плутониевого завода, два вагона с отходами здания №324 (лаборатория химии и материалов) и три вагона с баками для жидких отходов ёмкостью 20 тысяч галлонов (75,7 тысяч литров) каждый.Строительство тоннеля №2, август 1964 года, фото "Westinghouse".Сравнение сечений туннелей.Содержимое тоннелейОтходы, хранящиеся в обоих тоннелях, представляют собой загрязнённое оборудование, а также промышленные отходы плутониевого завода и некоторых других зданий и лабораторий объекта "Ханфорд". Некоторое оборудование помещено в контейнеры, однако значительная часть оборудования установлена непосредственно в вагоны без дополнительной защиты. В тоннелях не хранятся делящиеся материалы или отходы переработки облучённого топлива. Однако содержимое тоннелей загрязнено как по изотопам плутония и америция, так и по изотопам 137Cs и 90Sr.Кроме того, в отходах присутствуют барий, кадмий, хром, свинец, ртуть, серебро и соли серебра, масла и другие вещества. Суммарную активность в обоих тоннелях можно оценить только приблизительно. По некоторым оценкам, всего в тоннеле №1 содержится 20-30 тысяч кюри, а в тоннеле №2 - более 500 тысяч кюри.Инцидент 9 мая 2017 года завершился относительно благополучно, без выбросов. Однако он стал ещё одним напоминанием о том, что проблему ядерного наследия необходимо решать, иначе она может напомнить о себе - причём весьма чувствительно.

Выбор редакции
15 мая, 00:01

Космический реактор Kilopower

  • 0

Интересный проект NASA/DOE ускользнул от меня при подготовке к предыдущем обзорам космических реакторов [1,2,3]. Это максимально легкий и простой вариант ядерного реактора, призванный заменить плутониевые РИТЭГи в дальних космических миссиях и энергоснабжении небольших баз астронавтов, во всяком случае по замыслу создателей.Проект интересен тем, что здесь отброшены многие условности в облике, которые довлеют в разных бумажных реакторах, а невысокий уровень сложности позволяет сделать конструкцию такой же простой, как у РИТЭГов, что, на самом деле сможет привести этот проект к успеху. Простая конструкция и правильная идеология позволяют проходить стадии разработки с очень высокой скоростью, не характерной для ковыряющихся десятилетиями проектов космических ядерных реакторов.Концептуальный облик Kilopower, слева на право - радиаторы-холодильники, 2 сборки генераторов стирлинга, радиационная защита и тепловые трубки, отражатель реактора из оксида бериллия (реактор внутри него).Мощность Kilopower должна составлять от 1 до 10 кВт электрических (и в 4 раза выше - тепловая, что дает кпд в 25%), и настраиваться под конкретную миссию. Что интересно, насколько я понял, от мощности будет меняться только тепло-электрическая часть, а ядерная, фактически оставаться примерно одинаковой для всех вариантов. Реактор, прорабатываемый в американской лаборатории LANL, представляется собой цилиндр из сплава 7% молибдена и высокообогащенного урана 235, чего (ВОУ), почему-то разработчики космических реакторов боятся, хотя вроде никаких террористов и диктаторов за орбитой Юпитера пока не нашли. Диаметр цилиндра ~11 см, длина 25 см, вес ~35 кг, внутри расположен канал в 3.7 см диаметром, где расположен единственный стержень из карбида бора.Молибден в сплаве с ураном нужен тут для придания механической прочности и устойчивости урана к фазовым переходам при нагреве, а стержнем-поглотителем нейтронов из карбида бора регулируется реактивность - во вставленном состоянии реактор подкритичен даже при попадании в воду, в изъятом (раз и навсегда) - выходит на закритику и набирает тепловую мощность. Мощность регулируется геометрией реактора и отражателя, которая подобрана так, что при нагреве до 1200 К тепловое расширение уранового сплава реактора снизит Кэфф строго до 1, и дальше он больше 10 лет будет греться идущей цепной реакцией.Табличка с расчетными Кэфф реактора: 1) холодный реактор с изъятым стержнем, 2) холодный реактор с вставленным стержнем, 3) нагретый реактор с изъятым стержнем в начале работы 4) нагретый реактор с изъятым стержнем после 10 лет выгорания.Реактор окружен отражателем нейтронов (для снижения критмассы) из оксида бериллия, в который вставлены тепловые трубы - и это абсолютно вся конструкция собственно реактора. Между блоком преобразователей энергии и активной зоны стоит сегментная (теневая, защищающая только в одну сторону) радиационная защита из слоев гидрида лития и вольфрама.Самое потрясающее на мой взгляд - это отсутствие оболочки у урановой активной зоны - в космосе она не нужна, на земле этот реактор не запускается никогда. Остается только позавидовать незашоренному мышлению и отсутвию атомнадзоров на орбите Нептуна.Активная зона реактора и два варианта закрепления тепловых труб на ней. Между прочим крепление тепловых труб к реактору - одна из сложнейших проблем в этой разработке.Тепло, отводимое от активной зоны и отражателя тепловыми трубами подается на горячие концы генераторов Стирлинга (в разных проработках реактора их разное количество и мощность, но видимо что-то около 4-16 штук), а холодные их концы подключены к холодильникам-излучателям. Здесь тоже наблюдается здравая простота в конструкции - тепловые трубы широко применяются в космических аппаратах, а генераторы Стирлинга для космоса NASA тестирует уже второе десятилетие. При этом, считается, что замкнутая газовая конструкция Стирлингов лучше, чем разветвленная и требующая множество оборудования конструкция турбоэлектрических преобразователей (на цикле Брайтона, модно называемых в западных статьях rotating Brayton units).Готовящаяся к испытаним в центре Гленна сборка из имитатора реактора (из сплава обедленного урана, нагреваемая ТЭНами) и 8 генераторов стирлинга собранных попарно в 4 сборки. Стенд для испытаний работы системы в вакууме. От конкурирующей конструкции РИТЭГов с Pu238 Kilopower отличает заметно бОльшая дешевизна (35 кг высокообогащенного урана стоит около 0,5 млн долларов, против примерно 50 млн долларов за 45 кг Pu238, необходимых для киловаттного РИТЭГ), и сильно меньшие проблемы с обращением при подготовке космического аппарата и его запуске, однако сегодня разработчики из LANL говорят о десятилетнем сроке работы реактора, в то время, как РИТЭГи Вояджеров работают уже 40 лет - где-то это может быть важным обстоятельством.Испытательная площадка в Неваде, где пройдут тесты реактора и генератор Стирлинга, оставшийся у НАСА после программы создания РИТЭГов с Стирлингами.Десятилетний срок работы, по видимому, в основном ограничен механической частью реактора (генераторами Стирлинга). Во всяком случае урановое ядро за 10 лет работы на мощности 4 киловатта (тепловых) успеет выгореть меньше, чем на 0,1%, и распухание и повреждение материала составят примерно 1/10 теплового расширения, снижение мощности из-за отравления тоже признано незначительным.Видео от LANL, рассказывающее про проект (на английском).Важным обстоятельством для космоса является масса реактора. NASA собирает свои РИТЭГи их кубиков, с минимальным вариантом в виде MMRTG массой 45 кг и мощностью 125 ватт, так же имеется GPHS-RTG весом около 60 кг и мощностью в 300 электрических ватт, в то время, как минимальная версия Kilopower мощностью в 1 кВт весит около 300 кг, из которых реактор и радиационная защита весят около 230 кг. К сожалению, далеко не каждый аппарат NASA, отправляемый в дальний космос, имеет запас массы в 100-250 кг, даже за счет экономии 50 млн долларов на плутонии 238.Разные варианты энергоисточников, которые можно создать на базе Kilopower.В принципе, разработчики Kilopower точно оказались бы на коне, если бы DOE не так давно не возобновило программу производства Pu238 - ведь в 2011 году, когда, фактически стартовал проект этого космического реактора, возможность варианта восстановления производства Pu238 была все еще гипотетической, что подогревало интерес к альтернативам.Еще немного железа - испытания тепловых труб и тепловой модели "реактор-трубы" в вакуумном стендеВ ходе разработки, специалисты LANL предложили и просчитали конструкцию киловаттного уранового реактора, и более - провело маленький эксперимент на своей критсборке Flattop, представляющей собой шар из обогащенного урана, окруженного бериллиевым отражателем. Эксперимент заключался в установке микростирлинга и тепловой трубы в критсборку, что позволило получать от тепла цепной реакции какое-то время 25 ватт электрических, так сказать proof of concept.Критсборка Flattop и сдвигаемый бериллиевый отражатель, в правой врезке - установка тепловой трубы и генератора стирлинга к ней.После удачной демонстрации проект Kilopower получил финансирование сразу от NASA и NNSA (это агенство, занимающееся хранением, производством и оборотом ядерных материалов в США) на 16,17 и 18 годы, предусматривающее создание прототипа киловаттного генератора с настоящим ядерным реактором (!) и испытание его в 2018 году Неваде. Производством реактора займется завод Y-12 (обычно занимающийся производством ядерного оружия), отражатель изготовит LANL, тепловую часть реактора, вакуумный стенд и биозащиту для испытаний сделает центр Маршала NASA, испытания модуля с иммитатором реактора (с ядром из обедненного урана, нагреваемого электрически) проведут в 2017 году в центре Гленна NASA.Планы по проекту Kilopower. ISRU - получение ракетного топлива на месте (на Марсе), GRC - центр Гленна NASA, что такое SBIR - не знаю (видимо, конкретный радиатор-холодильник)На фоне проектов "больших" реакторов, которые проходят все круги разработки, строительства стендов, испытания на стендов, одобрения регулятором обоснований безопасности стендов и т.п. десятилетиями, проект такой длительности, простоты и с хорошей вероятностью полететь в космос не может не радовать. Еще больше он начнет радовать, если будет отобран в качестве источника энергии в одну из дальних миссий, собирающихся в космос в следующем десятилетии.P.S. Интересная презентация NASA по аспектам использования ядерной энергии в миссии посещения МарсаP.P.S. Слегка невнятное (объяснения начинаются с середины) , но довольно уникальное видео по разработке конца 80-х, начала 90х - высокотемпературному космическому реактору SP-100, планировавшегося в основном на военное применение, до сих пор частично засекреченному.

Выбор редакции
14 мая, 16:31

О длинном термоядерном реакторе

  • 0

Для концепции термоядерных реакторов на базе открытых ловушек (моя статьи про них, ну и в целом по тегу), как и для всех остальных существует такая дилема - реактор на этом принципе можно построить прямо сейчас, но он будет очень большим. Насколько большим? Для ГДЛ в свое время эта величина была посчитана титанами физики плазмы Рютовым и Мирновым в статье в журнале "Итоги науки и техники: Физика плазмы" за 1988. Я вынесу ключевые факты: Реакция D+T->He4 + n, инженерный диаметр реактора порядка 2-3 метров, длинна 3200 и 6100 метров (два варианта), мощность подогрева инжекцией нейтралов 4,8 и 2,8 ГВт, мощность реактора тепловая 14,4 ГВт, и 8,4 ГВт соотвественно, поток мощности в стенку 1,8 МВт/м^2 (чуть меньше минимального ИТЭРовского значения) и 0,55 МВт^2 Экономически, конечно, такой реактор бесмысленнен, причем в основном даже не из-за длины (хотя и это серьезная проблема), а из-за крайне высокой степени энергии, которая будет циркулировать внутри системы - т.е. основная часть полученной в реакторе электроэнергии уйдет в питание инжекторов нейтралов. Реактор Мирнова-Рютова подразумевает наличие пробоченых магнитов в 45 Тл с просветом в 10-15 см, что является очень амбициозным значением, в несколько раз выше достигнутых рекордов (я, кстати, хочу написать статью про существуюшие рекордные магниты, это кому-то интересно?)Есть, правда, и хорошие новости - с 1988 года, из-за прогресса в удержании плазмы в ГДЛ, Q=3 (Q - это отношение мощности термоядерной реакции к мощности подогрева) стал достигаться при длине реактора в 3-5 раза меньше. Или что важнее, при той же длине и меньшей мощности инжекции. Кроме того, не стоит мысль по концептуальному улучшению (=уменьшению размером при заданном Q) реактора, можно вспомнить проект ГДМЛ, и концепт винтового удержания. Интересно при всем этом, что инженерия все равно помешает сделать термоядерный реактор на основе линейных магнитных ловушек компактным. Причина - в тепловой и нейтронной нагрузке на стенки реактора. Предельные нагрузки в 2-5 МВт/м^2 при Qeng = 5 (т.е. с учетом затрат энергии на поддержание работы систем реактора) заставят делать гигаваттный реактор (тепловой мощностью около 2500 МВт, кпд теплового цикла 50%, и долей энергии на подогрев - 200 МВт) длиной 150-300 метров. при разумных значениях диаметра (до 6 метров по внешнему диаметру криостата, что еще транспортабельно).К сожалению, из-за того, что открытые ловушки на сегодня развиваются, фактически, в двух местах на планете, очень сложно найти какие-то статьи по инженерной оптимизации подобных решений, т.к. физики считают, что полезнее сначала разобраться с принципиальными физическими сложностями, а потом уже из полученного решения ковать инженерно-оптимальное. На мой же взгляд оптимальнее двигаться с двух сторон, например из видимых ограничений по экономике и инженерным пределам материалов и механизмов. 

Выбор редакции
10 мая, 19:42

Неплохое видео про остекловку ВАО на Маяке

  • 0

  При жидкосной переработке отработанного ядерного топлива (между прочтим переработка - основа замкнутого ядерного топливного цикла) все высокоактивные продукты деления надо каким-то образом удалить из азотнокислых растворов. Обычно смесь упаривают и смешивают солевой выпарной остаток с расплавленным алюмофосфатным стеклом, которое создает стойкий барьер нераспространения ВАО. Расплав разливают и помещают в хранилища. Как это выглядит - в видеоМаяк перерабатывает около 200-250 тонн ОЯТ в год, и объем подобного ВАО должен составлять около пары десятков тонн. Интересно, что в основном это продукты переработки ОЯТ ВВЭР-440, в том числе из Украины, куда это ВАО в последствии должно вернуться.

08 мая, 17:12

Как заканчивается жизненный путь АЭС на примере Игналинской станции.

  • 0

Двухблочная Игналинская АЭС, расположенная в Литве - это вторая полностью остановленная АЭС с РБМК (после Чернобыльской).  Реакторы были окончательно заглушены здесь 31 декабря 2004 и 31 декабря 2009, и с тех пор идет вывод АЭС из эксплуатации (за этим эвфимизмом подразумевается разборка, захоронение радиоактивных остатков и зачистка промышленных сооружений до "зеленой лужайки"). Этот проект (вывода) - фактически пилотный для РБМК, и опирается на несколько ключевых технологических цепочек, из которых одна из самых важных - этот самый завод B234.Игналинская АЭСВ отличии от Украины, у Литвы и особенно, у стоящего за идеей вывести из эксплуатации 20-летние реакторы Евросоюза, деньги на вывод есть, во всяком случае часть их. Тем не менее процесс вывода Ингалинской АЭС, довольно стройный на бумаге, уже превратился в мыльную оперу. Поскольку с 2019 года подобную работу придется проводить и Росатому (вывод 1,2 блока Ленинградской АЭС и затем - всех РБМК последовательно), интересно глянуть на технологии, решения и проблемы, возникшие вокруг Игналинки.Процесс перегрузки ОЯТ из мокрого хранилища в контейнер CONSTOR, Игналинская АЭС.В целом процедура "немедленного разбора" (т.е. станцию начинают разбирать, фактически, через месяц-другой после остановки, используя эксплуатационный персонал станции) состоит из следующих важных разделов:Выгрузка топлива из реактора, бассейнов выдержки в хранилище ОЯТ для обеспечения ядерной безопасности реактора и реакторного зала с возможностью прекратить подачу охлаждающей воды в реактор и БВ. Кроме штатного ОЯТ, подобные работы надо осуществлять с поврежденным ОЯТ, которое надо пенализировать перед перемещениями и всякими радиоактивными сменными элементами реактора - например дополнительными поглотителями. Вся процедура занимает от 2-3 лет до бесконечности, если с ХОЯТ проблемы.Параллельно начинается демонтаж вспомогательных систем АЭС - например насосных станций, цехов технических газов, в случае РБМК это еще громадное сооружение газовой Системы Аварийного Охлаждения Реактора, генератор с вспомогательными системами.Процесс контроля нормативов по радиоактивным загрязнениям металлолома Игналинской АЭС после деконтаминации (очистки поверхности). Параллельно подготавливается инфраструктура для будущих среднеактивных радиоактивных отходов (РАО) - это пристанционное или удаленное приповерхностное хранилище, представляющее собой бетонную траншею, засыпанную сверху глиной и грунтом. САО от АЭС будет много, это заметная часть первого контура и систем связанных с реактором.После готовности инфраструктуры можно начинать разбирать элементы АЭС, которые могут нести радиоактивные загрязнения или активацию с сортировкой по уровню активности и попытками отмывки от поверхностных загрязнений. Что удается отмыть до нормативов - идет в металлолом, что нет - в захоронение. До сих пор точно не известно, какой объем захороняемых САО будет от РБМК, что бы с ним определится, необходимо разобрать хотя бы один.Главная проблемы РБМК и множества других графитовых реакторов - это графит. Облученный графит имеет удельную активность около 0,3-1 гигабеккереля на кг, в том числе ~130 МБк/кг нехорошего изотопа С14 с периодом полураспада 5700 лет. Из-за С14, годовой предел поступления в организм по нормам безопасности которого определен в 34 МБк других вариатов, кроме захоронения тысяч тонн графита особо не просматривается, но стоимость этой операции заставляет все же думать, как именно ее можно оптимизировать. В частности, для первых реакторов-наработчиков плутония на "Маяке" "ГХК" и "СХК" было решено залить графитовый остов бетоном - т.е. организовать могильник прямо на месте реактора.Некоторые другие типы реакторов с графитом, у которых тоже возникают проблемы с его утилизацией.На Игналинской АЭС данный теоретический подход реализовывался практический 1 к 1, во всяком случае на стадии проекта. Вместе с решением об остановке реакторов была разработана программа вывода, которая получила примерно 80% финансов от Евросоюза и остальное обязалась профинансировать сама Литва. План предусматривал строительства на площадке АЭС нового хранилища ОЯТ в контейнерах B1 (о контейнерных ХОЯТ), нового цеха по сортировке и компактификации радиоактивных отходов B234, а также две площадки для РАО - траншейное захоронение для короткоживущих изотопов и РАО очень низкой активности B19 и наземное хранилище B25 для РАО средней и низкой активности с “среднеживущими” (речь идет о сотнях лет до безопасного уровня) изотопами. Внешний вид комплекса переработки отходов B34 (B2 - это отдельно здание, в кадр не попало)На фоне строительства новой инфраструктуры работы с ОЯТ и РАО (надо понимать, что на АЭС уже существовали и хранилища ОЯТ и хранилища РАО, впрочем рассчитанные только на эксплуатацию, а не на демонтаж) должна была происходить разборка тех самых вспомогательных систем АЭС. При этом решение вопроса с радиоактивным графитом было решено отложить на будущее, пока он будет изъят из реактора и помещен в хранилище.Имеющееся рядом с АЭС хранилище расчитано на 120 контейнеров, каждый на 51 ТВС, и на сегодня полностью заполнено.Контракт на разработку и строительство B1 и B234 в 2005 году получила немецкая Nukem Technologies , на разработку проектов захоронений - различные литовские компании + Areva, разборкой систем АЭС занялся эксплуатационный персонал АЭС. В частности, на фотографиях - результат разборки САОР в здании 117/2 Буквально с первых дней практика перестала походить на теорию. Основные проблемы возникли вокруг хранилища ОЯТ B1, сразу по многим причинам. Nukem испытывал организационные и финансовые проблемы в тот период, атомный надзор Литвы оказался не готов (в плане квалификации своих кадров) разбирать решения немецких инженеров вокруг хранения поврежденного ОЯТ, да еще и информация по поврежденному ОЯТ у станции оказалась фрагментарной и неполной. Первоначально планировавшееся к сдаче в 2009 году (с целью начать загрузку ОЯТ 1 блока после 5-летней выдержки в бассейнах) хранилище было достроено только в 2015 году и только сейчас вводится в эксплуатацию (с целью начать перегрузку в 2018 году). Все эти задержки приводили к неоднократным спорам между АЭС и Nukem.На плане хранилища B1 отмечено фиолетовой рамкой место, где будет выполняться радиационно-опасная работа - закрытие (штатно) и вскрытие (нештатно) контейнеров.Остальная работа будет возложена на имеющееся "мокрое" хранилище.Вообще говоря, такой сюжет нередок в атомной промышленности: многие стройки ядерных объектов чудовищно затягиваются (и как следствие - дорожают) из-за сложностей проектирования, которая в свою очередь связана с всеохватностью проблематик, которые должны отслеживать разработчики и их контролеры из атомнадзоров. Характерным примером, кроме Nukem, литовские объекты которого вводятся в строй с 7 летним(!) отставанием и удорожанием в 1,5 раза, является чуть не погубивший Areva 3 блок Олкилуото с реактором EPR-1600, где не очень хороший менеджмент проекта и отсутсвие понимания, как делать проект под жесткие требования финского атомнадзора STUK привели к чудовищным задержкам и перерасходам.Еще про процесс разборки атомных станций, по часовой стрелке - установка для распилки металлолома, ручная деконтаминация поверхностей, установка для очистки жидкостей от радионуклидов с помощью ионнообменных смол, разделка корпуса ЦНД турбины, раздела баллонов высокого давления, камера пескоструйной очистки.Однако вернемся к объекту B1. Это крытое контейнерное хранилище ОЯТ, предназначенное для перегрузки топливных сборок РБМК (точнее их половинок, т.к. ТВС РБМК имеет длину в 10 метров, и в топливной части представляет собой, фактически, 2 последовательных ТВС на одной подвеске) в контейнеры CONSTOR, каждый из которых вмещает 182 половинки ТВС. Всего на объекте B1 можно поставить 201 контейнер, рассчитанные на 34200 штатных “половинок” и несколько сот поврежденных, которые будут храниться в дополнительных герметичных пеналах.До передачи на хранение в B1 все ТВС, извлекаемые из реакторов (кстати, на АЭС от топлива сейчас освобожден только первый блок, во втором до сих пор остается больше 1000 ТВС в силу отсутствия места в бассейнах выдержки) выдерживаются не менее 5 лет в централизованном “мокром” хранилище, там же разделываются и упаковываются под водой в контейнеры CONSTOR, для чего, кстати, хранилище ТВС приходится модифицировать - краны, узлы установки контейнеров, перегрузочное оборудование (я пишу эту фразу для украинских поклонников мысли, что ОЯТ с любой АЭС можно загружать в любые контейнеры без особых усилий).В целом хранение в контейнере выполняется по стандартной схеме - корзина из нержавейки с ТВС в герметичной заваренной емкости, наполненной сухим азотом, помещенная во внешний массивный металлобетонный контейнер (для биозащиты). С учетом того, что самые свежие ТВС имеют выдержку уже 8 лет, сложности представляет транспортно-технологические операции по перегрузке ТВС между многочисленными объектами, пеналирование поврежденного ОЯТ, и минимизация дозовой нагрузки персонала во время этих операцийНебезинтересный для российских работников АЭС с РБМК кадр, показывающий динамику количества персонала на Игналинской АЭСОднако это в теории. Так, например, первый вариант контейнера CONSTOR для ХОЯТ B1 был забракован по характеристикам биозащиты, после чего производитель (немецкая фирма GNS) вынужден был разрабатывать и лицензировать еще одну версию, что внесло свою лепту в задержку запуска B1.Всего на Игналинской АЭС на сегодня около ~22000 ТВС ОЯТ (т.е. 44000 половинки) и оставшаяся часть будет хранится в другом сухом хранилище ОЯТ, построенном в 1999 году.Фото мокрого хранилища АЭС от МАГАТЭ. Здесь сейчас хранится 15000 ТВС, хотя как мне кажется, на фото не ТВС а дополнительные поглотители или стержни СУЗ Литовцы рассматривают возможность окончательного геологического захоронения на глубине >500 метров (как рекомендует МАГАТЭ), но на ближайшие 50 лет, с возможностью продления до 100, видимо, ОЯТ будет хранится в построенных ХОЯТ.К вопросу о сроках хранения - расчетные значения содержания радионуклидов в активированном графите кладки РБМК, в беккерелях на грамм. Горизонтальные линии - допустимые значения, высвобождающие из категории радиоактивного отхода, розовая линия вверху - общее содержание радионуклидов. Видно, что после нескольких десятков лет высвечивания, активность определяется в основном изотопом С14Второй важный объект - завод по обращению с радиоактивными отходами B234 возник не только для того, чтобы работать со строительными отходами, возникающими при разборке АЭС, но и из-за новой классификации РАО, введенной в ЕС, из-за чего уже имеющийся объем РАО (это фильтры, использованная спецодежда, цементированные ЖРАО и т.п.) необходимо пересортировать и определить в захоронение или на хранение.Общий вид B34. Слева - санпропускник, посередине собственно завод, к которому пристроены промежуточные хранилища низкоактивных отходов (SLW) и среднеактивных (LLW)Работа этого завода строится на процессах сортировки (неудивительно), сжигания и цементации, компактификации (т.е. прессования, в основном металлолома) и упаковки по контейнерам, которые будут пока храниться на промежуточных хранилищах РАО (входящих в состав B234), до готовности B19 и B25. Интересной особенностью завода является его высокая автоматизация, с использованием знакомых нам роботов Brokk и манипуляторов Walischmiller.Некоторое дистанционно-управляемое оборудования B234Проектный облик установки сжигания-компактификации золы и ячейки сортировки для среднеактивных и низкоактивных отходов.Общий объем отходов, который пройдет через этот завод составляет сотни тысяч кубометров, которые будут разделены на 6 новых классов радиоактивных отходов (A,B,C,D,E,F), впрочем оценки пока предварительные.Оценка общего объема отходов и классы РАО.Для сравнения, блоки с ВВЭР при выводе дают заметно меньшие объемы РАО и конструкций (к вопросу о "дешивизне РБМК").Сравнение АЭС с 6хВВЭР-440 и 2 РБМК-1500 по объему генерируемых в процессе вывода отходов.Что касается процесса разборки оборудования АЭС, то на сегодня этот процесс в основном затронул первый блок (на котором снят статус ядерно-опасного объекта), где разделка оборудования идет темпом ~5-8 тысяч тонн в год. По сегодняшним планам, полная разборка АЭС должна быть завершена в 2038 году, впрочем этот срок уже дважды переносился. Интересно, что администрация АЭС оценивает доход от продажи материалов, получаемых при разборке АЭС всего в 30 миллионов евро. Текущее состояние по разборке АЭС - зеленое то что уже выполнено, красное - процесс идет, желтое - проектирование операций, серое - пока не затронуто. Опыт Игналинской АЭС интересен его применимостью в России, где до 2030 года начнется разборка 8 блоков РБМК. Учитывая, что Nukem с 2009 года принадлежит Росатому, получается наработка опыта за Европейские деньги, и сейчас этот опыт транслируется в другие структуры Росатома, которые будут выполнять вывод РБМК из эксплуатации. Интересен этот опыт также для потенциального рынка контрактов на вывод различных АЭС из эксплуатации, количество которых будет нарастать.

Выбор редакции
06 мая, 00:20

Китайские энергопланы

  • 0

Несколько цифр по китайскому энергопотреблению, из которых можно сделать несколько выводов. Начнем с расклада по энергоисточникам в первичном потреблении энергии.Данные пока только за 2015, скоро должны выйти данные и за 2016. В общем потреблении доминирует уголь, растет потребление нефти (вслед за автопарком) на 2015. Как обычно, специализированные источники электроэнергии (АЭС, СЭС и т.п.) в таких диаграммах почти не видны.  Производво электроэнергии, в свою очередь, ретроспективно и прогнозно выглядит так:Цифры в тераватт*часа - для сравнения, в России производство э/э в 2016 году составило 1070 ТВт*ч.  2010, 2015, 2016 год тут взяты из статистики, впрочем, цифры слегка разнятся по разным источникам. Более подробная и реалистичная разбивка прироста выработки электроэнергии 2015/2016:Угольные ТЭС, не смотря на "борьбу за здоровый воздух" продолжают прирастать, и непонятные 38 ТВт*ч от "других" видов ТЭС, кроме угля и газа - что бы это могло быть (речь идет о 5 ГВт мощностей минимум, это точно не дизель-генераторы). Китайские АЭС, выросшие в 2015 на 6 гигаватт дали прирост в 42 ТВт*ч - можно ожидать, что дальше рост атома будет 50-60 ТВт*ч в год. Кстати, это значит, что в 2016 году китайский атом обогнал российский не только по установленной мощности, но и по выработке.Солнечная генерация, приросшая в Китае за 2016 год на 30+ ГВт показывает весьма посредственный КИУМ, или старые мощности почему-то выбывают. В целом, даже с невероятными объемами ввода СЭС и ВЭС Китайская возобновляемая выработка остается малозначимой для страны. Даже выработка 900 ТВт*ч в 2030 году - это будет всего 10% от прогнозируемого потребления, даже приплюсовав гидроэнергетику и 100 с лишним гигаватт атома получаем в 2030 году всего 37% безуглеродной электроэнергетики в Китае, против 29% сегодня - не очень-то и большая трансформация за 15 лет.Есть и более конкретные планы по исталляциям всяких ВИЭК 2020 году планируется достичь 210 ГВт ветрогенерации против 129 ГВт в 2015, 110 ГВт солнечной генерации против 43 в 2015 - обе эти цели скорее всего будут перевыполнены. Планируется расширить геотермальное производство воды и электроэнергии до значени 50 млн тонн угольного эквивалента в 2020 году (примерно 1% потребления угля), иметь 15 ГВт ТЭС на биомассе (возможно это то самое other), увеличить мощность ГЭС с ГАЭС с 250 ГВт (в 2015) до 380 ГВт, включая 40 ГВт ГАЭС (кажется, это больше, чем сегодняшяя общепланетная мощность ГАЭС).И все равно, думается, если не будет сокращения или стагнации общего спроса на э/э с принудительным выключением угольных электростанций, даже такие грандиозные планы не приведут к смене угля, как доминирующего источника энергии в Китае.

Выбор редакции
02 мая, 23:08

Круглое - катать.

  • 0

После довольно продолжительной паузы появились новости про сварку криостата на площадке ИТЭР. На мой замыленный взгляд эта некая свежая стройка - не стройка и не намотка бесчисленных магнитов ИТЭР, которые уже слегка приелись.Здание мастерской Криостата. На переднем плане в раме расположено уже почти готовое днище основания криостата, к которому затем будет подварен 4-метровый переходной цилиндр и опорное кольцо - эти элементы живописно разложены сейчас за рамой. В отдалении расположилась вторая рама и элементы нижнего цилиндра криостата (в красной упаковке)Криостат ИТЭР начали собирать в специальной мастерской в 200 метрах от будущего реактор из "конструктора" изготовленного в Индии в июле прошлого года, а сварка самого нижнего двойного днища основания (подробнее о конструкции в статье про криостат) началась в сентябре прошлого года. Затем последовал рентгенконтроль швов и проверка гелиевым течеискателем - в принципе вопрос вакуумной плотности триллиона итеровских трубочек с жидкостями и газами обещает быть одним из самых сложных вопросов, поэтому при сварке проверке на плотность будет подвергаться 100% сварных швов вакуумных барьеров.Рендер Криостата. Нижний цилиндр здесь - первые два "яруса окон". Приварка компенсирующих сильфонов (гармошек) на проходы размером 2,5х3,5 метра будет технологически непростой задачей, как кажется.Затем последовала непонятная пауза, связанная с перепродумыванием организации сборки двух частей криостата параллельно - кроме основания в этом же здании будут собирать нижний цилиндр, и это первые две детали, с которых начнется сборка собственно реактора ИТЭР в 2019 году. Нижний цилиндр представляет собой обечайку с многочисленными проходами для доступа к реактору диаметр его около 30 метров, а высота около 8,5. Сейчас в Кадараш приехало 6 первых сегментов цилиндра - первый "ярус".Интересно, что у индусов начались проблемы с местом под сборку в здании, которое специально было спроектировано и построено для сборки сразу двух частей криостата параллельно, менталитет не пропьешь...После весенней перестановки работы с днищем основания были продолжены - в частности сейчас привариваются на место сегменты нижней плоскости, которые открывали доступ к вертикальным швам между "дольками" днища. После этих элементов пойдет наращивание конструкции вверх, в целом оба первых элемента криостата должны быть готовы во втором квартале 2018 года, после чего их один за другим переместят в здание предварительной сборки для установки датчиков и мелких элементов, а затем - в 2019 году установкой в шахте реактора начнется непосредственно сборка токамака ИТЭР.В самой Индии буквально на днях начата сборка "деталей" верхнего цилиндра криостата - серьезная фирма Larsen & Toubro, ответственная на 2/3 тяжелого атомного машиностроения в Индии, двигается в графике.Кстати, шахта реактора быстро прогрессируетУже выполнен на треть 4, предпоследний этаж шахты, и довольно скоро она будет перекрыта "колпаком", для того, что бы можно было начать работу по отделке в нижней части, в частности в январе 2018 должна произойти установка первой неизвлекаемой части магнитного фидера катушки PF4 и начаться бетонирование "короны" - опорной структуры, на которую как раз ляжет криостат со всем реактором внутри. Вот эти арматурные стержни в правой нижней части кадра - как раз будущие элементы "короны". Кстати, опираться криостат на корону будет через сферические элементы диаметром 1200 мм, вот такие:18 таких "подшипников", расставленных по кругу нужны для снятия напряжений 23000 тонной конструкции, которые возникают при изменении размеров при вакуумировании и захолаживании, а так же для снижения динамического взаимодействия здания и реактора при срывах плазмы и землятресениях.Ах, ну да, и про землятрясения. Интересные кадры испытания оборудования ИТЭР, обеспечивающего ядерную безопасность на сейсмостойкостьВот, на сегодня все.