Анализ концепции ториевого реактора Радковского

Была разработана новая концепция конструирования реакторов, названная ториевым реактором Радковского (ТРР), и указано на возможность скорого использования ее в стандартных водяных реакторах под давлением (ВРД). Концепция ТРР использует геометрию "запал-бланкет" с торием в качестве сырьевого материала и ураном (с уровнем обогащения ниже 20%) в качестве топлива для областей запала и бланкета. Около 163 запально-бланкетных секций применяется в ТРР на 1000 МВт(э), а перестановка твэлов при перезагрузке используется для сохранения допустимого распределения мощности и относительно небольшой критической массы. Другие основные особенности ТРР таковы: (1) бланкетное топливо (смесь оксидов урана и тория) облучается 10 лет без замены; (2) в качестве запального топлива используется металлический сплав урана и циркония со временем облучения три года. Высокие уровни выгорания как бланкетного,так и запального топлива (по отношению к обычным ВРД) приводят к значительному уменьшению содержания плутония в отработанном топливе ТРР и к значительному увеличению процентного содержания Ри-238, Ри-240 и Ри-242 в таком плутонии. Конструктивные особенности ТРР очень сходны с особенностями обычных ВРД, так что очень быстро можно было бы осуществить использование общих схем размещения запалов и бланкетов, если не принимать во внимание вопросы безопасности реакторов, а также технические или экономические интересы. В этом анализе ТРР сравнивается с ВРД по основным техническим и экономическим особенностям, а также по парамет-рам безопасности. Оба типа реакторов работают с ежегодной перезагрузкой топлива. Основное внимание обращено на противодействие распространению ядерного оружия, на стоимость топливного цикла, на сравнительное использо-вание уранового и ториевого топливных циклов, на способность бланкетного топлива находиться под облучением в течение 10 лет в условиях ТРР, на эксплуатационные качества металлического запального топлива в ТРР и на про-блемы перестановки топливных элементов и обращения с топливом. ТРР по сравнению с ВРД демонстрирует значи-тельное увеличение возможности противодействия распространению производства ядерного оружия из-за низкого ка-чества получаемого плутония и уменьшения темпов его производства. Впрочем, противодействие ВРД при однократ-ном цикле с урановым топливом рассматривается как достаточное. Детали затрат на топливный цикл таковы: производство топлива, добыча естественного урана и тория, количест-во единиц работы по разделению (SWU) для обогащения топлива, потери при производстве топлива, химическая пе-реработка, хранение топлива на реакторной площадке и его транспортировка от реактора к месту хранения или раз-мещения. При одинаковых условиях полные затраты на топливный цикл ТРР составили 96% от затрат на обычный ВРД. Важный вклад в этот результат дали относительно низкие оценки затрат на перевоз топлива ТРР в удаленное от реактора место хранения/размещения и на обращение с топливом; если не включать расходы такого типа, то затраты на топливный цикл ТРР составили бы 103% от затрат на ВРД. Приведенные выше различия в затратах малы по срав-нению с неопределенностями ценовых параметров. Замена тория естественным ураном, вероятно, понизит затраты на топливный цикл ТРР и, возможно, сохранит желаемые особенности противодействия распространению ядерного оружия. В общем, потребуются значительные НИР и демонстрационные опыты по топливным элементам и их перестанов-кам, чтобы можно было убедиться в жизнеспособности концепции ТРР. Основные заботы связаны со следующим: (1) практичность выдержки стержней сырьевого материала в оболочке из циркониевого сплава в течение длительного (около 10 лет) времени при высоких уровнях выгорания (примерно 100 МВт.день/кг) в условиях окружения водой с вы-сокой температурой, содержащей небольшие количества водорода; (2) безопасность металлического "запального" то-плива, претерпевающего очень высокое выгорание (свыше 150 МВт.день/кг) при высоком среднем уровне мощности в запале (140% от того, что есть в ВРД) при облучении в аварийных условиях; (3) влияние на выбор подходящего реак-тора того обстоятельства, что запально-бланкетные блоки (ЗБЗ) должны часто переставляться, в сочетании с удале-нием полностью- отработанных запалов из ЗБЗ и перезагрузкой их свежими запалами.

Оригинал статьи на английском языке | PDF файл статьи на русском языке