Войти
Реактор Whiteshell No. 1, или WR-1, был Канадский исследовательский реактор, расположенный в AECL Whiteshell Laboratories (WNRL) в Манитобе. Он был построен для проверки концепции реактора типа CANDU, в котором охлаждающая жидкость тяжелая вода была заменена веществом нефтью. Это имело ряд потенциальных преимуществ с точки зрения стоимости и эффективности.
Реактор мощностью 60 МВт был спроектирован и построен канадской General Electric стоимостью 14,5 млн канадских долларов. Он достиг критичности 1 ноября 1965 г. и полной мощности в декабре 1965 г. Попытки коммерциализировать конструкцию начались в 1971 г., но закончились в 1973 г., когда агрегаты с тяжелым водяным охлаждением стали стандартом. С этого момента WR-1 работал с пониженными пределами мощности для экспериментов по облучению и нагреву площадки WNRE.
WR-1 был остановлен в последний раз в 1985 году, был выгружен из топлива, и по состоянию на 2013 год находится в стадии вывода из эксплуатации, который планируется завершить в 2023 году.
Природный уран состоит из смеси изотопов, в основном U и гораздо меньшего количества U. Оба эти изотопа могут подвергаться деление при столкновении с нейтроном достаточной энергии, и как часть этого процесса они испускают нейтроны средней энергии. Однако только U может делиться под действием нейтронов других атомов урана, что позволяет ему поддерживать цепную реакцию. U нечувствителен к этим нейтронам и, следовательно, не делящийся, как U. Хотя U чувствителен к этим нейтронам, скорость реакции значительно улучшается, если нейтроны замедляются с их исходных релятивистских скоростей до гораздо более низких энергий так называемые скорости тепловых нейтронов.
В массе чистого природного урана количество и энергия нейтронов, выделяемых в результате естественного распада, слишком малы, чтобы вызвать заметные события деления в нескольких присутствующих атомах U. Чтобы увеличить скорость захвата нейтронов до точки, где может произойти цепная реакция, известной как критичность, систему необходимо модифицировать. В большинстве случаев топливная масса разделяется на большое количество меньших топливных таблеток, а затем окружается некоторой формой замедлителя нейтронов, который замедляет нейтроны, тем самым увеличивая вероятность того, что нейтроны вызовут деление в U в других пеллетах. Часто самый простой модератор - это обычная вода; когда нейтрон сталкивается с молекулой воды, он передает ей часть своей энергии, повышая температуру воды и замедляя нейтрон.
Основная проблема использования обычной воды в качестве замедлителя заключается в том, что она также поглощает часть нейтронов. Нейтронный баланс в естественной смеси изотопов настолько близок, что даже небольшое количество поглощаемых таким образом означает, что их слишком мало для поддержания критичности. В большинстве конструкций реакторов это решается путем небольшого увеличения количества U относительно U, процесс, известный как обогащение. Получающееся в результате топливо обычно содержит от 3 до 5% U, по сравнению с естественным значением чуть менее 1%. Оставшийся материал, который теперь почти не содержит U и состоит из почти чистого U, известен как обедненный уран.
Конструкция CANDU решает проблему замедления путем замены обычной воды на тяжелая вода. У тяжелой воды уже есть дополнительный нейтрон, поэтому вероятность того, что нейтрон деления будет поглощаться во время замедления, в значительной степени исключена. Кроме того, он подвержен другим реакциям, которые еще больше увеличивают количество нейтронов, выделяемых во время работы. нейтронная экономия улучшена до такой степени, что даже необогащенный природный уран будет поддерживать критичность, что значительно снижает сложность и стоимость заправки реактора, а также позволяет использовать ряд альтернативные топливные циклы, в которых используются еще менее реактивные элементы. Обратной стороной этого подхода является то, что атомы U в топливе распространяются через большую массу топлива, что делает активную зону реактора больше для любого заданного уровня мощности. Это может привести к увеличению капитальных затрат на строительство активной зоны реактора.
Чтобы решить проблему стоимости, CANDU использует уникальную схему активной зоны реактора. Обычные конструкции реакторов состоят из большого металлического цилиндра, содержащего топливо и замедляющую воду, который работает под высоким давлением, чтобы повысить температуру кипения воды и более эффективно отводить тепло. Во время разработки CANDU в Канаде не хватало оборудования для изготовления таких больших сосудов под давлением, особенно достаточно больших, чтобы работать на природном уране. Решение заключалось в том, чтобы заключить тяжелую воду под давлением в трубки меньшего размера, а затем вставить их в гораздо больший сосуд низкого давления, известный как каландрия. Одно из основных преимуществ этой схемы состоит в том, что топливо может быть удалено из отдельных трубок, что позволяет дозаправлять конструкцию во время работы, в то время как традиционные конструкции требуют остановки всей активной зоны реактора. Небольшим недостатком является то, что трубки также поглощают некоторое количество нейтронов, но этого недостаточно, чтобы компенсировать улучшенную нейтронную экономию конструкции с тяжелой водой.
Существенная проблема с использованием любой воды в качестве хладагента заключается в том, что вода имеет тенденцию растворять топливо и другие компоненты и в конечном итоге становится очень радиоактивной. Это смягчается за счет использования специальных сплавов для трубок и обработки топлива в керамической форме. Несмотря на то, что это эффективно для снижения скорости растворения, это увеличивает стоимость обработки топлива, а также требует материалов, чувствительных к нейтронному охрупчиванию. Еще большую проблему представляет то, что вода имеет низкую точку кипения, что ограничивает рабочие температуры. Материал с более высокой температурой кипения может работать при более высоких температурах, что увеличивает эффективность извлечения энергии и позволяет уменьшить размер активной зоны.
Это было основной предпосылкой конструкции органического ядерного реактора. В схеме CANDU и замедлитель, и охлаждающая жидкость использовали тяжелую воду, но для этого не было никаких других причин, кроме целесообразности. Поскольку основная часть замедления происходила в массе каландрии, замена небольшого количества в топливных трубках на какой-либо другой хладагент была простой, в отличие от обычных конструкций с легкой водой, где необходимо было бы добавить какой-либо другой замедлитель. Использование масла означало, что проблемы с коррозией были значительно уменьшены, что позволило использовать более обычные металлы, а также уменьшить количество растворенного топлива и, в свою очередь, излучения в системе охлаждения. Выбранная органическая жидкость OS-84 представляет собой смесь терфенилов, каталитически обработанных водородом с получением 40 процентов насыщенных углеводородов. Терфенилы представляют собой нефтехимические производные, которые были легко доступны и уже использовались в качестве теплоносителя.
Кроме того, при использовании материала с более высокой температурой кипения реактор может работать при более высоких температурах. Это не только уменьшило количество хладагента, необходимого для отвода заданного количества энергии, и, таким образом, уменьшило физический размер активной зоны, но также повысило эффективность турбин, используемых для извлечения этой энергии для выработки электроэнергии. WR-1 работал с температурами на выходе до 425 ° C, по сравнению с примерно 310 ° C в обычном CANDU. Это также означало, что нет необходимости повышать давление охлаждающей жидкости сверх того, что необходимо для проталкивания ее через охлаждающие трубки с требуемой скоростью. Это позволило сделать топливные трубки тоньше, уменьшив количество нейтронов, теряемых при взаимодействии с трубкой, и дополнительно увеличив экономию нейтронов.
В реакторе были вертикальные топливные каналы, в отличие от обычного устройства CANDU, где трубы расположены горизонтально. В реакторе не использовались обычные регулирующие стержни, но для регулирования выходной мощности использовался контроль уровня тяжелого водного замедлителя. Реактор мог быть быстро остановлен (SCRAMed ) быстрым сбросом замедлителя.
В 1971 году AECL приступила к проектированию CANDU-OCR мощностью 500 МВт (эл.), Основанного на топливе из карбида урана. Карбидное топливо могло подвергаться коррозии в воде, но в версии с масляным охлаждением это не было проблемой. Карбидное топливо было намного проще производить, чем более сложную керамику, используемую в большинстве конструкций реакторов. Этот проект был прекращен в 1973 году, но WR-1 все равно проверил концепцию. Другой возможностью было использование металлического топлива, которое увеличило бы плотность топлива и обеспечило бы более высокое выгорание . Металлическое топливо лучше проводит тепло, так что в том же пространстве можно использовать активную зону с большей мощностью.
В ноябре 1978 г. произошла крупная авария с потерей теплоносителя. Вылилось 2739 литров охлаждающей жидкости, большая часть которой попала в реку Виннипег. На ремонт у рабочих ушло несколько недель. В 1980 году произошла еще одна утечка объемом 680 литров.
WR1 был остановлен в последний раз по экономическим причинам 17 мая 1985 года, хотя он был самым молодым из AECL большие исследовательские реакторы. Реактор находится на промежуточной стадии вывода из эксплуатации, топливо выгружено и большая часть разобрана. По окончании вывода из эксплуатации объект будет возвращен в статус с нуля.
