Малый реактор Елена
Ядерная термоэлектрическая установка «Елена» - не просто атомная электростанция малых размеров. В ней реализован принципиально новый подход к созданию комплексных систем жизнеобеспечения не больших населённых пунктов. Её концепция, выработанная в результате научно-исследовательских работ и проектных разработок, имеет четыре отличительные особенности.
Реактор не нуждается в обслуживании. Однажды запущенный, он работает без участия человека десятки лет.
Реактор саморегулируется. Все внешние воздействия и внутренние изменения компенсируют естественно протекающие в реакторе физические процессы без вмешательства автоматики или человека-оператора.
В течение всего срока службы реактор работает без замены топлива. Все потенциально опасные работы по перегрузке радиоактивных материалов полностью исключены.
Реактор абсолютно изолирован от окружающей среды. Сброса жидких и газообразных отходов ни при нормальной работе реактора, ни в аварийных ситуациях не происходит.
Ядерная термоэлектрическая «Елена» - источник электрической и тепловой энергии. Установка разбирается на блоки массой не более 20 тонн, которые можно доставить в любую точку страны и собрать на месте за 3 - 4 месяца.
В собранном виде «Елена» представляет собою цилиндр диаметром 4,5 и высотой 15 метров. Масса установки - 168 тонн. Её ядерный реактор окружён 3 защитными корпусами, рассчитанными на то, чтобы исключить выброс радионуклидов в окружающую среду при любых мыслимых неисправностях. Установка монтируется в шахте глубиной 15-25 метров, закрывается мощными бетонными перекрытиями. Она способна выдержать землетрясение силой до 8 баллов и прямое попадание потерпевшего аварию тяжёлого самолёта со взрывом его горючего и пожаром.
Источником тепловой энергии установки служит водо-водяной реактор, работающий на диоксиде урана. Его тепловыделяющие элементы выпускаются серийно для промышленных АЭС и рассчитаны на непрерывную работу в течение 25-30 лет. Активная зона реактора омывается дистиллированной водой, которая служит одновременно замедлителем нейтронов и теплоносителем. Вода под давлением около 180 атмосфер нагревается до 3200С и начинает самостоятельно циркулировать в пространстве первого контура, омывая горячие спаи термоэлектрических батарей. Их «холодные» спаи погружены в воду второго контура с температурой около 1000С, которая также циркулирует в замкнутом пространстве, отдавая тепло воде третьего контура. И только эта, нагретая до 900С, вода поступает в систему отопления и горячего водоснабжения поселка. Уровень радиоактивности воды третьего контура не превышает величины природного фона.
Теплофикационная мощность установки- около трех мегаватт, а электрическая- порядка 100 киловатт. Этого достаточно, чтобы обеспечить основные энергетические потребности небольшого поселка. Внутреннее сопротивление термоэлектрических батарей довольно велико, поэтому даже короткое замыкание на линии не опасно - сила тока при этом возрастает не более чем в два раза. Требуемое напряжение подбирают, по-разному соединяя термоэлектрические батареи в группы. А подключив их через инвертор - несложное устройство, преобразующее постоянный ток в переменный, - получают стандартный сетевой ток напряжением 220 вольт.
И все-таки остается вопрос: насколько ядерная установка «Елена» безопасна, что гарантирует её самозащищенность? Чтобы ответить на него, необходимо вспомнить некоторые особенности работы ядерных реакторов.
Ядро урана- 235 способно распадаться либо самопроизвольно, либо захватывая нейтрон низкой энергии и порождая два или три нейтрона на одно деление. Новорожденные нейтроны имеют большую энергию, высокую скорость и быстро покидают реактор. Чтобы реакция деления шла надежно, их необходимо затормозить, пропустив через замедлитель, например, слой воды. Тогда эти вторичные нейтроны, в свою очередь, вызовут распад новых атомов - реакция деления станет самоподдерживающейся. Форму реактора, количество и расположение в нем тепловыделяющих элементов и поглотителей можно выбрать так, что выход нейтронов в реакторе и, следовательно, энергия, которую он вырабатывает, будет всегда постоянной. В этом случае говорят о его нулевой реактивности. Если реактивность больше нуля, реактор разогревается все сильнее, и требуется вводить в его активную зону поглотитель нейтронов - стержни, содержащие бор или кадмий, чтобы вернуть реактор в нормальный рабочий режим. Но топливо постепенно выгорает, и мощность реактора падает. Стержни приходится поднимать, уменьшая поглощение нейтронов. Этим и занимаются операторы больших АЭС: они периодически подстраивают реактивность, манипулируя поглощающими стержнями. В «Елене» этого делать не нужно : её реактор имеет нулевую реактивность всегда. Поэтому поглощающие стержни за время работы установки приходится трогать дважды: при её запуске их нужно извлечь из реактора, и в конце работы - лет через 25-30 - вернуть на место, погасив реакцию. Возможным это стало потому, что выгорание топлива в реакторе « Елена» компенсируют тепловые свойства замедлителя нейтронов - воды, омывающей реактор. Чем ниже её температура, тем выше её плотность, тем сильнее она замедляет нейтроны, тем больше становится реактивность и тепловыделение реактора. Все эти процессы в больших водо - водяных реакторах проходят за дни и недели, а в «Елене», при малой мощности её, изменение реактивности происходит гораздо медленнее, оно растянуто на годы и десятилетия. При нагревании воды происходят обратные процессы, и в любом случае реактор автоматически возвращается к состоянию с нулевой реактивностью. Более того: если по какой- то причине активная зона реактора «высохнет» - например, из-за резкого вскипания воды и выброса паровой смеси из первичного контура ( событие крайне маловероятное, скорее даже гипотетическое) реактивность резко упадет и реактор просто погаснет.
Высокая степень безопасности установки «Елена» не просто плод теоретических изысканий. Она подтверждается практикой: в Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова уже 12 лет успешно работает демонстрационный прототип «Елены» - стенд «Гамма», моделирующий натурные условия работы ядерной термоэлектрической установки. За 12 лет непрерывной работы на установке не было ни одного сбоя; все её системы и агрегаты работали и продолжают работать в заданном режиме.
Это значит, что основные технические решения установки «Елена» выбраны правильно и при её эксплуатации никаких сюрпризов, ожидать не следует.
Но вот прошло 25 лет - срок службы реакторной установки «Елена». Её реактор заглушают и выдерживают месяца 2-3. После этого из реактора извлекают тепловыделяющие сборки и сливают воду первого и второго контуров. Твэлы и около 4 кубометров радиоактивной воды первого контура вывозят для переработки и захоронения. Содержание радионуклидов в семидесяти кубометрах воды второго контура настолько мало, что её можно упарить до объёма 0,5-0,7 м3 и вывезти вместе с водой первого контура.
Крышку реактора устанавливают на место, а саму обезвреженную установку замуровывают в той шахте, где она работала всё это время. Ни контроля, ни наблюдения она больше не требует. В таком виде установку можно оставить лет на 10-15, а потом шахту вскрыть и установку демонтировать. За это время радиоактивность, наведённая в элементах её конструкции, уменьшится настолько, что все работы можно будет проводить без средств радиационной защиты. При необходимости установку можно разобрать и сразу после её выключения. Работать тогда придется с соблюдением всех мер предосторожности, что обойдётся, конечно, гораздо дороже. Но в любом случае на поверхности земли остается зеленая лужайка, без каких- либо следов работы атомной станции.
Ядерная термоэлектрическая установка «Елена» - не просто атомная электростанция малых размеров. В ней реализован принципиально новый подход к созданию комплексных систем жизнеобеспечения не больших населённых пунктов. Её концепция, выработанная в результате научно-исследовательских работ и проектных разработок, имеет четыре отличительные особенности.
Реактор не нуждается в обслуживании. Однажды запущенный, он работает без участия человека десятки лет.
Реактор саморегулируется. Все внешние воздействия и внутренние изменения компенсируют естественно протекающие в реакторе физические процессы без вмешательства автоматики или человека-оператора.
В течение всего срока службы реактор работает без замены топлива. Все потенциально опасные работы по перегрузке радиоактивных материалов полностью исключены.
Реактор абсолютно изолирован от окружающей среды. Сброса жидких и газообразных отходов ни при нормальной работе реактора, ни в аварийных ситуациях не происходит.
Ядерная термоэлектрическая «Елена» - источник электрической и тепловой энергии. Установка разбирается на блоки массой не более 20 тонн, которые можно доставить в любую точку страны и собрать на месте за 3 - 4 месяца.
В собранном виде «Елена» представляет собою цилиндр диаметром 4,5 и высотой 15 метров. Масса установки - 168 тонн. Её ядерный реактор окружён 3 защитными корпусами, рассчитанными на то, чтобы исключить выброс радионуклидов в окружающую среду при любых мыслимых неисправностях. Установка монтируется в шахте глубиной 15-25 метров, закрывается мощными бетонными перекрытиями. Она способна выдержать землетрясение силой до 8 баллов и прямое попадание потерпевшего аварию тяжёлого самолёта со взрывом его горючего и пожаром.
Источником тепловой энергии установки служит водо-водяной реактор, работающий на диоксиде урана. Его тепловыделяющие элементы выпускаются серийно для промышленных АЭС и рассчитаны на непрерывную работу в течение 25-30 лет. Активная зона реактора омывается дистиллированной водой, которая служит одновременно замедлителем нейтронов и теплоносителем. Вода под давлением около 180 атмосфер нагревается до 3200С и начинает самостоятельно циркулировать в пространстве первого контура, омывая горячие спаи термоэлектрических батарей. Их «холодные» спаи погружены в воду второго контура с температурой около 1000С, которая также циркулирует в замкнутом пространстве, отдавая тепло воде третьего контура. И только эта, нагретая до 900С, вода поступает в систему отопления и горячего водоснабжения поселка. Уровень радиоактивности воды третьего контура не превышает величины природного фона.
Теплофикационная мощность установки- около трех мегаватт, а электрическая- порядка 100 киловатт. Этого достаточно, чтобы обеспечить основные энергетические потребности небольшого поселка. Внутреннее сопротивление термоэлектрических батарей довольно велико, поэтому даже короткое замыкание на линии не опасно - сила тока при этом возрастает не более чем в два раза. Требуемое напряжение подбирают, по-разному соединяя термоэлектрические батареи в группы. А подключив их через инвертор - несложное устройство, преобразующее постоянный ток в переменный, - получают стандартный сетевой ток напряжением 220 вольт.
И все-таки остается вопрос: насколько ядерная установка «Елена» безопасна, что гарантирует её самозащищенность? Чтобы ответить на него, необходимо вспомнить некоторые особенности работы ядерных реакторов.
Ядро урана- 235 способно распадаться либо самопроизвольно, либо захватывая нейтрон низкой энергии и порождая два или три нейтрона на одно деление. Новорожденные нейтроны имеют большую энергию, высокую скорость и быстро покидают реактор. Чтобы реакция деления шла надежно, их необходимо затормозить, пропустив через замедлитель, например, слой воды. Тогда эти вторичные нейтроны, в свою очередь, вызовут распад новых атомов - реакция деления станет самоподдерживающейся. Форму реактора, количество и расположение в нем тепловыделяющих элементов и поглотителей можно выбрать так, что выход нейтронов в реакторе и, следовательно, энергия, которую он вырабатывает, будет всегда постоянной. В этом случае говорят о его нулевой реактивности. Если реактивность больше нуля, реактор разогревается все сильнее, и требуется вводить в его активную зону поглотитель нейтронов - стержни, содержащие бор или кадмий, чтобы вернуть реактор в нормальный рабочий режим. Но топливо постепенно выгорает, и мощность реактора падает. Стержни приходится поднимать, уменьшая поглощение нейтронов. Этим и занимаются операторы больших АЭС: они периодически подстраивают реактивность, манипулируя поглощающими стержнями. В «Елене» этого делать не нужно : её реактор имеет нулевую реактивность всегда. Поэтому поглощающие стержни за время работы установки приходится трогать дважды: при её запуске их нужно извлечь из реактора, и в конце работы - лет через 25-30 - вернуть на место, погасив реакцию. Возможным это стало потому, что выгорание топлива в реакторе « Елена» компенсируют тепловые свойства замедлителя нейтронов - воды, омывающей реактор. Чем ниже её температура, тем выше её плотность, тем сильнее она замедляет нейтроны, тем больше становится реактивность и тепловыделение реактора. Все эти процессы в больших водо - водяных реакторах проходят за дни и недели, а в «Елене», при малой мощности её, изменение реактивности происходит гораздо медленнее, оно растянуто на годы и десятилетия. При нагревании воды происходят обратные процессы, и в любом случае реактор автоматически возвращается к состоянию с нулевой реактивностью. Более того: если по какой- то причине активная зона реактора «высохнет» - например, из-за резкого вскипания воды и выброса паровой смеси из первичного контура ( событие крайне маловероятное, скорее даже гипотетическое) реактивность резко упадет и реактор просто погаснет.
Высокая степень безопасности установки «Елена» не просто плод теоретических изысканий. Она подтверждается практикой: в Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова уже 12 лет успешно работает демонстрационный прототип «Елены» - стенд «Гамма», моделирующий натурные условия работы ядерной термоэлектрической установки. За 12 лет непрерывной работы на установке не было ни одного сбоя; все её системы и агрегаты работали и продолжают работать в заданном режиме.
Это значит, что основные технические решения установки «Елена» выбраны правильно и при её эксплуатации никаких сюрпризов, ожидать не следует.
Но вот прошло 25 лет - срок службы реакторной установки «Елена». Её реактор заглушают и выдерживают месяца 2-3. После этого из реактора извлекают тепловыделяющие сборки и сливают воду первого и второго контуров. Твэлы и около 4 кубометров радиоактивной воды первого контура вывозят для переработки и захоронения. Содержание радионуклидов в семидесяти кубометрах воды второго контура настолько мало, что её можно упарить до объёма 0,5-0,7 м3 и вывезти вместе с водой первого контура.
Крышку реактора устанавливают на место, а саму обезвреженную установку замуровывают в той шахте, где она работала всё это время. Ни контроля, ни наблюдения она больше не требует. В таком виде установку можно оставить лет на 10-15, а потом шахту вскрыть и установку демонтировать. За это время радиоактивность, наведённая в элементах её конструкции, уменьшится настолько, что все работы можно будет проводить без средств радиационной защиты. При необходимости установку можно разобрать и сразу после её выключения. Работать тогда придется с соблюдением всех мер предосторожности, что обойдётся, конечно, гораздо дороже. Но в любом случае на поверхности земли остается зеленая лужайка, без каких- либо следов работы атомной станции.
