Пятничное познавательное. Канада и CANDU | Пикабу

#Коронавирус
#ЛучшеДома

Авторизация

Забыли пароль?
Войти
Регистрация

Регистрация

Создавая аккаунт, я соглашаюсь с правилами Пикабу
и даю согласие на обработку персональных данных.

Создать аккаунт
Авторизация

Восстановление пароля

Прислать пароль
Авторизация

или

 

Если вам не приходит письмо с паролем, пожалуйста, напишите на support@pikabu.ru, указав ip-адрес, с которого вы входили в аккаунт, и посты, которые вы могли плюсовать или минусовать. Не забудьте указать сам аккаунт 🙂

Добавить пост

О сообществе сообщества

Мирный атом

91 пост • 1 153 подписчика

Подписаться

Об атомной энергетике, открытиях в этой области

Правила сообщества

Можно все, что не запрещено правилами пикабу

Управление сообществомterrapy Администратор

Комментарий дня ТОП 50

Как получить доступ к смс любого номера или Билайн пробивает дно

Я: у девушки с инглишом лучше
девушка: it’s our namber

+1722 

laptchik

15 часов назад

Рекомендуемое сообщество

Мир маленьких животных

138 постов • 683 подписчика

Подписаться

Информация про членистоногих

Активные сообщества

все


Фабрика Мемов


MS, Libreoffice & Google docs


Специфический юмор


Карты


Машинное обучение


Лига лени


Всё о кино
1


Клубничка
1


Древний Рим


Книжная лига

Создать сообщество

Тенденции теги

Детская непосредственность 75

Sailor Moon 21

Долг 12

Волна постов 11

История из детства 8

Объединить теги

подписаться

Новости Пикабу
Помощь
Правила
Реклама

Верификации
Награды

Контакты

Промокоды
Финансы

Билеты

Android
iOS

Пятничное познавательное. Канада и CANDU

Разбавим немного пятничные посты познавальщиной. Я постараюсь рассказать на пальцах то, о чем вы возможно не знали. Может быть мне удастся заинтересовать кого-то темой мирного атома, потому что это не только Чернобыль, но и целый список взаимосвязанных сфер и научных дисциплин.

Краткий перечень непонятных слов

CANDU – Canada Deuterium Uranium (reactor) – канадский дейтериевый реактор

PWR – Pressurized Water Reactor -реактор с водой под давлением. Зарубежный аналог ВВЭР

Обогащение – доля определенного изотопа в составе топлива, большая в сравнении с природным составом.

Тяжелая вода (D2O) – вода, в которой атомы водорода представлены тяжелым  нерадиоактивным изотопом – дейтерием. Дейтерий содержит в ядре один протон и один нейтрон.

Введение

Вы знали, что Канада является имеет свою уникальную конструкцию реактора – CANDU? Более того, для генерации энергии Канада использует только этот тип реакторов и никакой другой. Он, на первый взгляд, даже кажется чем-то абсурдным, если сравнить его с российским ВВЭР. Реактор горизонтальный, парогенератор вертикальный, дополнительного обогащения топлива нет, и каналы почти как у РБМК. Всё с ног на голову, наоборот и противоестественно, но это работает, и конкретно в момент написания статьи 57.13% электроэнергии в провинции Онтарио генерируется на АЭС (9.55 ГВт из 13 ГВт доступных). Как же так вышло?

Канадцы очень прожорливы до электричества, и оно у них очень дешевое

Ядерный реактор с тяжеловодным замедлителем и тяжеловодным теплоносителем является базовым реактором в структуре атомной энергетики Канады. Выбор реактора CANDU, как основы развития ядерной энергетики в Канаде, был мотивирован наличием в стране больших природных запасов урана и большими ресурсами электроэнергии гидроэлектростанций, которую можно было использовать для получения тяжелой воды. Экономика современных ядерных реакторов CANDU строится на базе открытого топливного цикла с природным ураном, при котором ядерное топливо только один раз проходит через реактор, а затем складируется. Открытый топливный цикл на природном уране обладает определенными преимуществами, так как он исключает достаточно дорогие процессы обогащения и переработки ядерного топлива, отработавшего в активной зоне реактора. При экономической оценке такого топливного цикла стоимость плутония, содержащегося в отработавшем ядерном топливе, не учитывается. Однако в случае, если это топливо будет перерабатываться, плутоний будет представлять определенную ценность.

Экономика тяжеловодных ядерных реакторов определяется в основном соотношением двух противоположных факторов: высокой стоимости системы (конструкции), из-за относительно высокой стоимости замедлителя, и низкой стоимости топливного цикла, благодаря высокоэффективному использованию ядерного топлива. Хотя капитальная стоимость тяжеловодной системы CANDU высокая, но потребность в природном уране для этих реакторов примерно в 2 раза меньше, чем ядерных реакторов одинаковой мощности на легкой воде (PWR, BWR). Это позволяет считать, что реакторы CANDU будут иметь преимущество в случае увеличения мировой потребности в уране из-за низкой топливной составляющей приведенных затрат.

Как всё начиналось

Началось всё в 1949 году, когда канадцы решили использовать энергию деления ядра для производства электричества. Разработка проекта и постройка первой АЭС заняла 13 лет, как итог в 1962 году первый реактор типа CANDU увидел свет. Это был NPD (Nuclear Power Demonstration), установка, которая выдавала в сеть 20 МВт электроэнергии. Отличительными особенностями данного реактора были расположение топлива в горизонтальных каналах и тяжелая вода в качестве замедлителя и теплоносителя. У обоих этих нюансов есть вполне естественные причины:

1) Горизонтальные каналы можно перегружать с двух сторон, в отличии от реакторов других типов, которые перегружать можно только сверху из-за вертикального расположения

2) Тяжелая вода является наилучшим замедлителем и позволяет использовать природный уран без обогащения, с исходным содержанием изотопа U-235 в 0.71% (для сравнения ВВЭР использует около 4%)

В 1967 году свет увидел энергоблок мощностью 200 МВт, а в 1971-1973 гг. на станции Пикеринг заработали 4 энергоблока по 500 МВт каждый. Канада вступила в эпоху реакторов большой мощности весьма успешно, и с тех пор построила свои реакторы в Аргентине, Китае, Румынии и Южной Корее. Дальше Канада не продвинулась из-за того, что не смогла провести грамотную маркетинговую кампанию на международной арене.

Очень подробное эволюционное древо реакторов типа CANDU

Тяжелая вода

В современных реакторах в качестве основного ядерного топлива применяется U-235, который делится преимущественно медленными нейтронами, то есть такими, которые замедлены до тепловых энергий (нейтроны двигаются со скоростями сопоставимыми со скоростями движения молекул газов). В мире используются только 3 относительно доступных вещества в качестве замедлителя – графит (реакторы РБМК и газоохлаждаемые в Великобритании, например), легкая вода (пример PWR, ВВЭР, BWR) и тяжелая вода (пример CANDU). Легкая вода является самой доступной из этой троицы, но и замедляет она хуже всех, следовательно для того, чтобы нейтроны чаще попадали в атомы, способные к делению, требуется относительно высокое обогащение топлива, в 3-4%. Графит на втором месте – замедляет лучше, но стоит уже подороже, поэтому топливо для графитовых реакторов имеет более низкое обогащение, около 2-3%. D2O – самый эффективный замедлитель и позволяет использовать уран с естественным обогащением в 0.7 %.

Чем больше число справа – тем замедлитель нейтронов лучше. Эта величина называется замедляющей способностью.

Простым языком можно сказать так: молекулы тяжелой воды нейтроны почти не поглощают из-за того, что уже перегружены лишними нейтронами, поэтому тяжелая вода только замедляет их и не препятствует цепной реакции. Доля замедленных нейтронов, достигших топлива, намного выше, по сравнению с ВВЭР и РБМК, поэтому достаточно естественного обогащения топлива, но цена замедлителя очень высока. Эта особенность канадских реакторов позволяет использовать отработавшее топливо PWR реакторов, где доля урана-235 существенно снижена по сравнению со свежим топливом, и составляет порядка 1%. К тому же, в составе такого отработанного топлива находится около 1.2% плутония-239, тоже пригодного для “сжигания” в CANDU.- Низкое поглощение нейтронов тяжеловодным замедлителем обеспечивает высокую эффективность использования урана-235: на единицу массы урана-235 в тяжеловодном реакторе выделяется в 2 раза больше энергии, чем в реакторе с замедлителем из обычной воды, при этом 50% этого энерговыделения связано с делением плутония-239, образуемого в реакторе из урана-238. Выгружаемое отработавшее ядерное топливо тяжеловодных реакторов содержит в 2 раза больше плутония-239, чем выгружаемое отработавшее ядерное топливо реакторов с замедлителем из обычной воды. Эффективный баланс нейтронов позволяет также рассматривать тяжеловодный реактор в качестве кандидата для конверсии тория-232 в уран-233 в ториевом топливном цикле.

Вжух – и CANDU к топливу неприхотлив

Технические особенности кратко и простым языком

Канальная структура реактора позволяет ему не иметь корпуса, но работать при высоком давлении. Давление воды в канале 11 МПа, или примерно 110 атмосфер, что помогает создать оптимальные условия для теплообмена при относительно низкой энергонапряжённости. Каналы находятся в «баке», который называется каландрия, она заполнена тяжелой водой и удерживает каналы, если очень грубо проводить аналогию с РБМК, то это аналог кожуха. Давление тяжелой воды в кожухе ниже чем в каналах, вода в каландрии непрерывно циркулирует, но в производстве электроэнергии не участвует.

При этом необходимо обеспечить соотношение объема топлива к объёму замедлителя примерно 1/20, это делает реактор огромным по сравнению с водо-водяными реакторами.

Размер активной зоны CANDU огромен по сравнению с PWR при одинаковой мощности

Регулирующие и защитные стержни расположены вертикально, в случае возникновения аварийной ситуации работают независимо и могут быть сброшены под действием гравитационных сил.

Преимущество горизонтальной конструкции реактора ещё и в том, что перегрузку можно осуществлять с двух концов активной зоны, и ТВС (тепловыделяющие сборки, упаковки герметичных трубочек, содержащих ядерное топливо) представляют из себя не длинные стержни, как у вертикальных реакторов, а короткие пакеты, загружаемые друг за другом паровозиком.

Такие бочонки в качестве ТВС используют разные CANDU

CANDU выглядит непривычно, будто кто-то взял РБМК, ВВЭР и начал экспериментировать наугад с их скрещиванием.

В целях безопасности, реакторы CANDU являются двухконтурными, как ВВЭР или PWR, поскольку тяжеловодный пар может оказаться значительно более радиоактивным, чем пар на легкой воде, в которой содержание радиоактивного трития значительно ниже после пребывания в реакторе.

Упрощенная тепловая схема. Тепло (heat) полученное в результате деления (fission) снимается в реакторе (nuclear reactor) и поступает в парогенератор (steam generator), где вода второго контура превращается в пар и поступает в паровую турбину (steam turbine), которая вращает электрогенератор

Конструкционные особенности реактора позволяют канадцам не строить новые атомные станции, поскольку основные элементы атомного реактора можно заменить по цене примерно в половину себестоимости нового реактора (по словам инженеров занимающихся CANDU), поэтому Канаде не потребуется закрывать атомные станции после окончания срока эксплуатации. В то же время, реакторы других типов после окончания срока службы требуют закрытия и постепенного демонтажа оборудования.

Особенностью реактора является положительный температурный паровой коэффициент реактивности, то есть чем больше пара появляется в каналах – тем сильнее разгоняется реактор. Данный момент контролируется автоматикой, CANDU изначально задумывался как реактор с системой автоматизированного управления. (В McMaster даже есть курс на тему автоматизации реактора).

Итог

Канада построила собственный тип реакторов, используя максимально рационально географическое расположение, доступность ресурсов, техническую базу и нейтралитет. Уникальное сочетание этих факторов в своё время позволило этой стране разработать свой уникальный тип энергетических реакторов и активно их применять. Ключевыми особенностями такого пути являются дешевизна топлива для АЭС, отсутствие необходимости в закрытии атомных станций и уникальный путь. слабый маркетинг и политическая обстановка в мире в XX-м веке не позволили CANDU получить широкое распространение, но у него ещё есть шанс стать главной печкой для дожигания отработавшего топлива с PWR.

Источники:

http://energetika.in.ua/ru/books/book-4/part-1/section-2/2-4…

https://unene.ca/essentialcandu/

https://canteach.candu.org/

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *