Phoenix (reactor)

Reactorul nuclear Phoenix ( franceză  Phénix , numit după mitica pasăre Phoenix [2] ) este un reactor de reproducere rapidă răcit cu sodiu francez , conectat la rețea la 13 decembrie 1973 la centrul nuclear Marcoule . Putere electrică - 250 MW [3] (din 2003 redusă la 140 MW [4] ). Raportul de reproducere al reactorului a fost de 1,18 [5] . Alimentarea se efectua de două până la patru ori pe an, de fiecare dată - 140-240 de ore [6] .

Phoenix a fost un proiect cheie pentru a explora perspectivele pentru prelucrarea deșeurilor nucleare [7] .

Organizațiile care operează sunt Comisariatul francez pentru energie atomică (80% din buget) și Electricite de France (20%).

Construcția unității cu reactorul Phoenix a început la 1 noiembrie 1968 , conectată la rețeaua electrică franceză la 13 decembrie 1973 . 14 iulie 1974, ziua năvălirii Bastiliei , a fost pusă în funcțiune comercială.

În 1989 și 1990 au fost înregistrate patru cazuri de scădere bruscă a reactivității reactorului [8] . Conform scalei INES , incidentele au primit nivelul doi. Nu s-au putut afla cauzele evenimentelor, care au devenit unul dintre motivele refuzului treptat al Franței de a dezvolta în continuare direcția reactoarelor rapide [9] . Phoenix a fost oprit pe 6 martie 2009 , după care au fost efectuate o serie de experimente pe ea până în decembrie [4] . Reactorul a fost în cele din urmă oprit la 1 februarie 2010 [1] .

Predecesorul lui Phoenix a fost reactorul Rhapsody ( fr.  Rapsodie ), care avea o putere termică de 40 MW și a funcționat din 1967 până în 1983.

Ținând cont de experiența Phoenix, a fost construit reactorul Superphoenix ( franceză Superphénix ), care avea o putere termică de 3000 MW și o putere electrică de 1200 MW, dar a funcționat doar din 1985 până în 1998 [10] și a fost închis pt . motive politice [ clarifica ] [7 ] . Pe baza Phoenix, este planificată construirea unui reactor pe teritoriul aceluiași complex în anii 2020, ca parte a programului ASTRID pentru crearea de reactoare comerciale cu neutroni rapizi de a patra generație [11] :22 .  

Fundal și design

Enrico Fermi spunea în 1945 : „Prima țară care a dezvoltat un reactor cu neutroni rapidi va câștiga un avantaj competitiv în utilizarea energiei atomice”.

Primul reactor nuclear cu neutroni rapidi a fost americanul EBR I , lansat pe 20 decembrie 1951, în timp ce a devenit primul reactor nuclear de orice tip care generează orice cantitate de energie electrică, nu era conectat la rețeaua electrică, energia fiind folosită în principal. să lumineze clădirea în care se afla reactorul.

Lucrările la reactoare cu neutroni rapizi au fost efectuate în diferite țări. 8 ianuarie 1956 în Michigan (SUA) a început construcția primei unități de putere a centralei nucleare. Enrico Fermi ( Ing.  Enrico Fermi Nuclear Generating Station ), care a dat energie electrică rețelei pe 8 mai 1966. Reactoarele experimentale BR-2 (1956), BR-5 (1959), BR-10 (1973), BOR-60 (1968) au fost construite în URSS; industrial BN-350 (1973). În Marea Britanie, au fost construite DFR (1962) și PFR (1975).

În Franța, astfel de lucrări au început să fie efectuate în anii 1960. Deși miza principală a fost pusă pe reactoarele cu apă presurizată , reactoarele cu neutroni rapizi au fost considerate, de asemenea, o direcție importantă - sarcina a fost crearea unei clase de reactoare cu neutroni rapidi, eficiente comercial, care să permită utilizarea eficientă a stocurilor de materiale nucleare timp de sute de ani [12]. ] .

Reactoarele cu neutroni rapizi se caracterizează prin faptul că sunt capabile să producă mai mult material fisionabil decât să îl consume. Resursele energetice conținute de minereul de uraniu pot fi astfel utilizate de aproximativ 70 de ori mai eficient [13] .

Până la sfârșitul anului 1958, a fost dezvoltată o versiune preliminară a proiectului pentru un reactor experimental cu neutroni rapidi „ Rhapsody ” ( fr.  Rapsodie ). Caracteristicile acestuia corespundeau reactoarelor de putere (combustibil dintr -un amestec de uraniu și dioxid de plutoniu , lichid de răcire cu sodiu , intensitate energetică , materiale, temperaturi), cu excepția posibilității de a genera energie electrică. La 28 ianuarie 1967 a fost trecut în stare critică, iar două luni mai târziu a fost adus la o capacitate proiectată de 20 MW [14] .

Având în vedere realizările americane și britanice, s-a decis construirea unui prototip de reactor de putere fără a aștepta rezultatele de la Rhapsody. Studiile de pre-proiectare pentru o centrală de 1000 MW au fost efectuate în 1964. Numele „Phoenix” a fost propus pentru stație și a primit aprobarea unanimă. În 1965 au fost determinate principalele caracteristici. Combustibilul a fost ales similar cu cel folosit în Rhapsody - rezervele de plutoniu din Franța nu erau suficiente, iar împreună cu dioxidul de plutoniu s-a decis să se folosească dioxid de uraniu îmbogățit. Puterea electrică a fost aleasă la 250 MW [15] . Ca și în Rhapsody, s-a decis să se folosească un lichid de răcire cu sodiu. S-a ales o schemă integrată, când toate elementele sistemului de răcire primar sunt montate în același volum cu reactorul. În 1967, a fost elaborat un proiect preliminar detaliat. Avea trei pompe și șase schimbătoare de căldură intermediare. Temperaturile de funcționare au fost considerate a fi 400-600 °C. [16]

În 1969, Comisariatul pentru Energie Atomică din Franța și Electricite de France au semnat un protocol privind construcția și exploatarea în comun a stației (80% din costuri au căzut în sarcina Comisariatului, 20% pe Electricite de France) [17] .

Constructii

S-a decis amplasarea reactorului la nord de centrul Markulului . Alte opțiuni luate în considerare au fost Cadarache (lipsa resurselor de apă) și La Hague (situată prea departe de Cadarache, unde erau concentrate instalațiile de producție asociate cu tehnologia sodiului). Lucrările la șantier au început în octombrie 1968. Groapa avea dimensiuni de 180 pe 50 m, iar adâncimea de 11,5 m. Lucrările de excavare au fost efectuate timp de 18 luni [18] .

O caracteristică a construcției a fost utilizarea unei căptușeli metalice solide a părții subterane a compartimentului reactorului. Placarea a fost asamblată din blocuri prefabricate - table metalice cu o suprafață de 14 m², echipate cu unghiuri de rigidizare și elemente de fixare, grosimea foilor pentru partea orizontală (bază) a fost de 10 mm, pentru verticală (perete) de 5 mm. . Structura a fost fixată printr-un sistem de recuzită specială. Foile metalice au fost fixate împreună prin sudare , îmbinările sudate au fost supuse controlului radiografic și detectarea defectelor capilare. După construirea structurii, fundația de beton a clădirii a fost construită în placarea metalică rezultată. Cavitățile dintre partea exterioară a placajului și sol au fost umplute cu beton și cauciuc.

Partea supraterană a clădirii reactorului era compusă din circa 270 de blocuri prefabricate de beton, de 25 cm grosime, care au fost precomprimate orizontal după construirea pereților [18] .

Cronologia construcției [19] :

• 1968
  • Octombrie - începutul construcției (groapă).
• 1969
  • 5 mai - primul beton.
• 1970
  • Ianuarie — a început construcția volumului principal.
  • Mai - a început construcția izolației .
  • 2 noiembrie — se construiește volumul primar.
  • 25 noiembrie - volum de securitate construit.
• 1971
  • 28 iulie - primul lot de sodiu.
  • 2 august - se construiește cupola.
  • 18 octombrie - primul circuit este umplut cu sodiu.
• 1972
  • 21 februarie - instalat stator generator.
  • 24 martie - a fost instalat rotorul generatorului.
  • 15 decembrie - al doilea circuit (intermediar) este umplut cu sodiu.
• 1973
  • 10 ianuarie - reactorul este umplut cu sodiu și a început încărcarea combustibilului nuclear.
  • 1 februarie - S-a lansat turbina cu abur .
  • 31 august - prima ieșire într-o stare critică.
  • 13 decembrie - racordarea la rețeaua electrică.

Generare de energie

Pentru întreaga perioadă de funcționare cu ajutorul reactorului s-au generat 24440,402 GWh de energie electrică [20] .

• factorul de pregătire energetică  - 45,81%
• factor de utilizare a capacității instalate  — 39,91%
• coeficient de utilizare tehnică  - 41%.

Problema salturilor în reactivitate

În timpul funcționării reactorului, au fost observate o serie de probleme. Cele mai multe dintre ele au fost legate de scurgeri în schimbătoarele de căldură intermediare. Durata timpului de nefuncționare după orice probleme s-a datorat faptului că fiecare repornire a reactorului necesita o decizie politică [11] :17 .

Cele mai multe dintre aceste probleme au fost observate la alte reactoare de acest tip. Cu toate acestea, în 1989-1990, la reactor au fost înregistrate patru cazuri de același tip de situații de urgență, care nu au fost întâlnite la alte reactoare cu neutroni rapizi. În zilele de 6 august, 24 august și 14 septembrie 1989 și 9 septembrie 1990 [8] , protecția de urgență a reactorului a fost declanșată din cauza fluctuațiilor bruște de reactivitate înregistrate de echipamentul de control al fluxului de neutroni [11] :17 .

Incidentele au fost numite AURN (în franceză:  Arrêt d'urgence par réactivité négative  - oprire automată de urgență din cauza reactivității negative). Acestea au fost observate când reactorul funcționa la putere maximă sau aproape de acesta (primele trei cazuri - la o putere de 580 MW, al patrulea - la 500 MW). La momentul incidentelor, reactorul era în funcționare continuă timp de 4-15 zile. Oprirea s-a produs ca urmare a atingerii reactivității negative la pragul de protecție în caz de urgență [11] :18 .

Scenariul a fost același de fiecare dată:

1. O creștere aproape liniară a reactivității negative și, în consecință, o scădere a puterii. În doar 50 m s , puterea a scăzut la 28-45% din cea inițială (în acest moment a fost activată protecția de urgență).
2. Creștere bruscă simetrică a puterii aproape la valoarea inițială.
3. Căderea din nou, deși mai puțin ascuțită și adâncă, la 200 ms după începerea evenimentului.
4. Din nou, creșterea puterii la valori puțin mai mari decât cea inițială.
5. Căderea de putere ca urmare a introducerii tijelor absorbante în miez prin automatizare.

Problema nu a primit o explicație definitivă, în ciuda anilor de cercetări inițiate de CEA. Cea mai plauzibilă explicație este considerată a fi cu ajutorul unui fenomen numit „înflorire miez” sau „fenomen de mișcare spre exterior”, o situație în care deformarea sub forma unei creșteri a dimensiunii unui ansamblu de combustibil provoacă stres mecanic în mediul înconjurător. ansambluri, ceea ce duce la extinderea întregului miez în direcție radială. O ușoară creștere a distanței dintre ansambluri duce la o scădere bruscă a k eff și, în consecință, o creștere a reactivității negative și o scădere a puterii [21] [11] :21 .

Vezi și

• BN-600
• BN-800
• BN-1200

Note

1. ↑ 1 2 Detalii reactor nuclear - PHENIX Arhivat 13 ianuarie 2012 la Wayback Machine // IAEA / IRIS
2. ↑ Sauvage, 2004 , p. unu.
3. ↑ Sauvage, 2004 , p. 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. Testul final PHENIX .  (link indisponibil)
5. ↑ Eduard Khodarev. Reactoare de reproducere rapidă cu metal lichid  //  Buletinul AIEA. — Viena: AIEA . — Vol. 20 , nr. 6 . - P. 29-38 . Arhivat din original pe 24 martie 2012.
6. ↑ Sauvage, 2004 , p. 64.
7. ↑ 1 2 Alan M. Herbst, George W. Hopley. Energia nucleară acum: de ce a venit momentul pentru cea mai neînțeleasă sursă de energie din lume  . — John Wiley and Sons, 2007.
8. ↑ 12 Sauvage , 2004 , p. 84.
9. ↑ Reactorul rapid Phoenix închis oficial în Franța Copie de arhivă din 19 octombrie 2013 la Wayback Machine // Atominfo.ru
10. ↑ Sauvage, 2004 , p. 225.
11. ↑ 1 2 3 4 5 Philip Gottfridsson. Simularea reactorului tranzitoriu și criteriile de proiectare ale reactoarelor rapide răcite cu sodiu . — Eseu universitar de la Uppsala universitet/Tillämpad kärnfysik, 2010.
12. ↑ Sauvage, 2004 , p. 7.
13. ↑ Sauvage, 2004 , p. opt.
14. ↑ Sauvage, 2004 , pp. 9-10.
15. ↑ Sauvage, 2004 , p. unsprezece.
16. ↑ Sauvage, 2004 , pp. 12-13.
17. ↑ Sauvage, 2004 , p. paisprezece.
18. ↑ 12 Sauvage , 2004 , p. cincisprezece.
19. ↑ Sauvage, 2004 , p. 16.
20. ↑ Operating Experience History - PHENIX Arhivat 29 ianuarie 2012 la Wayback Machine // IAEA / PRIS
21. ↑ Sauvage, 2004 , p. 98-100.

Literatură

• Jean Francois Sauvage. Phènix - 30 de ani de istorie: inima unui reactor  (engleză) . — 2004.