Высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы (ВТГР) появились в 60-х годах прошлого века, но по ряду причин широкого распространения пока так и не получили. Сегодня в мире снова возник интерес к ВТГР: уровень температуры теплоносителя на выходе из такого реактора позволяет обеспечить высокотемпературным теплом многие энергоемкие технологические процессы в нефтепереработке, нефтехимии, химической промышленности, металлургии, в том числе может обеспечить крупномасштабное производство водорода. В чем особенности ВТГР, какими преимуществами он обладает и в чем уникальность его топливных элементов, «Вестнику атомпрома» помогает разобраться главный специалист конструкторско-технологического отделения разработки топлива для быстрых и газовых реакторов АО «ВНИИНМ им. А. А. Бочвара» Игорь Голубев.
Пионеры газоохлаждаемых реакторов
Первые проекты высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов — графитовых реакторов с гелиевым охлаждением — появились в середине прошлого века. Еще в начале 1950-х академик Анатолий Петрович Александров высказал идею об использовании гелиевых реакторов в подводных лодках. В 60-е начался этап бурного развития ВТГР. В 1965 году англичане построили экспериментальный реактор Dragon мощностью 20 МВт (тепл.).
В качестве топлива использовались цилиндрические топливные элементы, в которых были расположены микротопливные сферические частицы из делящегося материала с керамическим покрытием — микротвэлы. В 1966 году в США был пущен экспериментальный ВТГР Peach Bottom 1, который успешно проработал в течение восьми лет, а в 1968 году в ФРГ построили реактор AVR мощностью 50 МВт (тепл.), проработавший в общей сложности около 20 лет. Ключевой элемент топлива ВТГР — микротвэлы, которые представляют собой оксидные, карбидные или оксикарбидные топливные микросферы диаметром 200–500 микрон, на которые наносится многослойное покрытие из пиролитического углерода и карбида кремния.
«Есть два типа ВТГР, — объясняет главный специалист конструкторско-технологического отделения разработки топлива для быстрых и газовых реакторов ВНИИНМ Игорь Голубев. — В первом типе микротвэлы прессуются в цилиндрических графитовых топливных компактах высотой 50 мм и диаметром 12,5 мм. Топливные компакты затем размещаются в шестигранных графитовых блоках с каналами под топливо, а также каналами для прохода теплоносителя и стержней управления и защиты. Из этих блоков набирается активная зона, которую называют призматической.
Конструкция второго типа ВТГР имеет активную зону, которая в англоязычной литературе обозначается pebble bed, а у нас просто «шаровая засыпка». В этом варианте активной зоны микротвэлы размещаются в графитовых шарах диаметром 60 мм, ровно с бильярдный шар! Оригинальна и система загрузки: шаровые твэлы насыпаются в корпус активной зоны сверху, а снизу высыпаются отработавшие «шары». Шаровые твэлы, не достигшие проектного выгорания, возвращаются пневмотранспортом в активную зону.
Полный материал читайте в «Вестнике атомпрома».