Америкадағы тоқтатылған тәжірибелік ядролық реакторы
Experimental Breeder Reactor II
Америкадағы Идахо штатындағы EBR II эксперименталдық реакторы: құрылысы, тоқтатылуы, мақсаты – қуат өндіру және отынды қайта өңдеу. Ядролық реактор туралы ақпарат.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Идахо штатындағы (АҚШ) қолданыстан шығарылған эксперименталды ядролық реактор
Decommissioned experimental nuclear reactor in Idaho, USA
Эксперименталды селекторлық реактор II (EBR II) – Аргонн ұлттық зертханасы жобалаған, салған және басқарған, натриймен салқындатылатын жылдам реактор. Ол Идаходағы Ұлттық реакторларды сынау станциясында орналасқан. 1994 жылы тоқтатылды. Реактордың күзеті 2005 жылы құрылған Айдахо ұлттық зертханасына берілді. Алғашқы жұмыс 1964 жылдың шілдесінде басталды және ол 1965 жылы 32 миллион АҚШ долларынан астам құнмен (доллармен есептелген) іске қосылды. EBR II-ді жобалау мен пайдаланудың бастапқы мақсаты – қатты металл отынды орнында қайта өңдеумен толық селекторлық реакторлық электр станциясын көрсету болды. Отын элементтері, шамамен 67% уран-235-ке дейін байытылған, тот баспайтын болаттан жасалған түтіктерге мөрленді және 65% байыту деңгейіне жеткенде алынып тасталды. Түтіктер ашылды және нейтрондық уларды жою үшін қайта өңделді, байытуды арттыру үшін жаңа U-235 қосылды және реакторға қайта орналастырылды. Бастапқы селекторлық циклдың сынағы 1969 жылға дейін жалғасты, содан кейін реактор Интегралды жылдам реактор тұжырымдамасын сынау үшін пайдаланылды. Осы рөлде EBR II ядросының жоғары энергиялы нейтрондық ортасы болашақтағы ірі сұйық металл реакторлары үшін отын мен материалдарды сынауға қолданылды. Осы эксперименттердің аясында 1986 жылы EBR II тоңазытқыш сорғысының толық істен шығуын симуляциялап, эксперименттік тоқтату жүргізілді. Ол тоқтатылғаннан кейінгі ыдырау кезеңінде натрий салқындатқышының табиғи конвекциясы арқылы отынды өзін-өзі салқындату қабілетін көрсетті. IFR қолдау рөлінде және көптеген басқа эксперименттерде 1994 жылдың қыркүйегіне дейін, қолданыстан шығарылғанша пайдаланылды. Толық қуат режимінде, ол 1969 жылдың қыркүйегінде жетті, EBR II үш айналымдық бу турбинасы жүйесі және үшінші деңгейдегі ауамен салқындату мұнарасы арқылы шамамен 62,5 мегаватт жылу және 20 мегаватт электр энергиясын өндірді. Өмірі бойы екі миллиардтан астам киловатт-сағат электр энергиясын өндірді, Аргонн ұлттық зертханасының Батыс бөлімшелеріне электр қуатының көп бөлігімен және жылумен қамтамасыз етті.
Experimental Breeder Reactor II (EBR II) was a sodium cooled fast reactor designed, built and operated by Argonne National Laboratory at the National Reactor Testing Station in Idaho. It was shut down in 1994. Custody of the reactor was transferred to Idaho National Laboratory after its founding in 2005. Initial operations began in July 1964 and it achieved criticality in 1965 at a total cost of more than US$32 million ($ in dollars). The original emphasis in the design and operation of EBR II was to demonstrate a complete breeder reactor power plant with on site reprocessing of solid metallic fuel. Fuel elements enriched to about 67% uranium 235 were sealed in stainless steel tubes and removed when they reached about 65% enrichment. The tubes were unsealed and reprocessed to remove neutron poisons, mixed with fresh U 235 to increase enrichment, and placed back in the reactor. Testing of the original breeder cycle ran until 1969, after which time the reactor was used to test concepts for the Integral Fast Reactor concept. In this role, the high energy neutron environment of the EBR II core was used for testing fuels and materials for future, larger, liquid metal reactors. As part of these experiments, in 1986 EBR II underwent an experimental shutdown simulating complete cooling pump failure. It demonstrated its ability to self cool its fuel through natural convection of the sodium coolant during the decay heat period following the shutdown. It was used in the IFR support role, and many other experiments, until it was decommissioned in September 1994. At full power operation, which it reached in September 1969, EBR II produced about 62.5 megawatts of heat and 20 megawatts of electricity through a conventional three loop steam turbine system and tertiary forced air cooling tower. Over its lifetime it has generated over two billion kilowatt hours of electricity, providing a majority of the electricity and also heat to the facilities of the Argonne National Laboratory West.
Дизайн
Отын диаметрі мен ұзындығы уран таяқшаларынан тұрады. Жаңадан байытылған уран-235 67 пайызға дейін, ал алынып тасталғаннан кейін концентрациясы шамамен 65 пайызға дейін төмендеді. Таяқшаларда 10% цирконий де бар. Әрбір отын элементі жұқа қабырғалы тот баспайтын болат түтікшеге, аз мөлшерде натрий металлымен бірге орналастырылады. Түтік жоғарғы жағынан бір ұзындығына дейін дәнекерленеді. Натрийдің мақсаты – жылуды беруші агент ретінде жұмыс істеу. Уранның үдемелі түрде бөлінуі салдарынан жарықтар пайда болады, содан кейін натрий оларға еніп, маңызды бөліну өнімі – цезий-137-ді шығарып, өте радиоактивті болады. Уранның үстіндегі бос кеңістікте негізінен криптон-85 газы жиналады. Ұзындығындағы алтыбұрышты тот баспайтын болат қаптамалардағы таяқшалар бал ұясы сияқты жинақталған; әрбір бірлікте шамамен 6 кг уран бар. Барлығында ядрода шамамен уран отыны бар, және бұл бөлік "қозғалтқыш" деп аталады. EBR II ядросы, сәулелендіру және жұмыс істеу сенімділігін тексеру үшін әртүрлі металл және керамикалық отындармен – уран және плутонийдің оксидтері, карбидтері немесе нитридтерімен, сондай-ақ уран-плутоний-цирконий отын сияқты металл қорытпаларымен жабдықталған 65-тен астам тәжірибелік қосалқы құрастырмаларды қабылдай алады. Басқа қосалқы құрастыру орындарында құрылымдық материалдарды зерттеу бойынша тәжірибелер жүргізілуі мүмкін.
The fuel consists of uranium rods in diameter and long. Enriched to 67% uranium 235 when fresh, the concentration dropped to approximately 65% upon removal. The rods also contained 10% zirconium. Each fuel element is placed inside a thin walled stainless steel tube along with a small amount of sodium metal. The tube is welded shut at the top to form a unit long. The purpose of the sodium is to function as a heat transfer agent. As more and more of the uranium undergoes fission, it develops fissures and the sodium enters the voids. It extracts an important fission product, caesium 137, and hence becomes intensely radioactive. The void above the uranium collects fission gases, mainly krypton 85. Clusters of the pins inside hexagonal stainless steel jackets long are assembled honeycomb like; each unit has about of uranium. Altogether, the core contains about of uranium fuel, and this part is called the driver. The EBR II core can accommodate as many as 65 experimental sub assemblies for irradiation and operational reliability tests, fueled with a variety of metallic and ceramic fuels—the oxides, carbides, or nitrides of uranium and plutonium, and metallic fuel alloys such as uranium plutonium zirconium fuel. Other sub assembly positions may contain structural material experiments.
Пассивті қауіпсіздік
ЕЭБ II реакторының бассейндік типті конструкциясы пассивті қауіпсіздікті қамтамасыз етеді: реактордың активтік аймағы, отынды жүктеу және түсіру жабдықтары, сондай-ақ реактордың көптеген басқа да жүйелері балқыған натрийде батырылған. Отыннан жылуды салқындатқышқа тиімді өткізетін және салыстырмалы түрде төмен температурада жұмыс істейтін сұйықтықты қамтамасыз ету арқылы, ЕЭБ II температураның жоғарылауымен байланысты емес жағдайларда салқындатқыш, отын және конструкцияның кеңеюінен максималды пайда алады. Қайталанбас жағдайда отын мен конструкцияның кеңеюі жүйені оператордың араласуына қарамастан тоқтатуға себеп болады. 1986 жылдың сәуір айында ЕЭБ II-де екі арнайы сынақ жүргізілді, онда реактор толық қуатта (62,5 мегаватт, жылу) жұмыс істеген кезде негізгі біріншілік салқындату сорғылары тоқтатылды. Әдеттегі тоқтату жүйелеріне кедергі келтірмеу арқылы реактордың қуаты шамамен 300 секунд ішінде дерлік нөлге дейін төмендеді. Отынға немесе реакторға ешқандай зақым келтірілмеді. Сол күні тағы бір маңызды сынақ осы демонстрацияны күйді. Реактор қайтадан толық қуатпен жұмыс істеген кезде екіншілік салқындату жүйесіндегі ағын тоқтатылды. Бұл сынақ температураның көтерілуіне әкелді, себебі реактордың жылуына шығуға ешқандай мүмкіндік болмады. Біріншілік (реакторлық) салқындату жүйесі қызған сайын, отын, натрий салқындатқышы және конструкция кеңейіп, реактор тоқтады. Бұл сынақ, біріншілік салқындату жүйесінен жылуды алу қабілеті жоғалған жағдайда да, жылулық кеңею сияқты ішкі мүмкіндіктерді пайдалану арқылы реактордың тоқтатылатынын көрсетті. ЕЭБ II қазір отынсыз. ЕЭБ II-ні тоқтату іс-шараларына сондай-ақ, ЕЭБ II-ге жақын орналасқан отынды дайындау кешенінде электрометаллургиялық отын өңдеу процесін қолдану арқылы шығарылған пайдаланылған отынды өңдеу кіреді. ЕЭБ II-ні тазалау процесіне натрий салқындатқышын алып тастау және өңдеу, ЕЭБ II натрий жүйелерін тазалау, басқа химиялық қауіптерді жою және пассивтендіру, сондай-ақ тоқтатылған компоненттер мен конструкцияларды қауіпсіз жағдайға келтіру кіреді.
The pool type reactor design of the EBR II provides passive safety: the reactor core, its fuel handling equipment, and many other systems of the reactor are submerged under molten sodium. By providing a fluid which readily conducts heat from the fuel to the coolant, and which operates at relatively low temperatures, the EBR II takes maximum advantage of expansion of the coolant, fuel, and structure during off normal events which increase temperatures. The expansion of the fuel and structure in an off normal situation causes the system to shut down even without human operator intervention. In April 1986, two special tests were performed on the EBR II, in which the main primary cooling pumps were shut off with the reactor at full power (62.5 megawatts, thermal). By not allowing the normal shutdown systems to interfere, the reactor power dropped to near zero within about 300 seconds. No damage to the fuel or the reactor resulted. The same day, this demonstration was followed by another important test. With the reactor again at full power, flow in the secondary cooling system was stopped. This test caused the temperature to increase, since there was nowhere for the reactor heat to go. As the primary (reactor) cooling system became hotter, the fuel, sodium coolant, and structure expanded, and the reactor shut down. This test showed that it will shut down using inherent features such as thermal expansion, even if the ability to remove heat from the primary cooling system is lost. EBR II is now defueled. The EBR II shutdown activity also includes the treatment of its discharged spent fuel using an electrometallurgical fuel treatment process in the Fuel Conditioning Facility located next to the EBR II. The clean up process for EBR II includes the removal and processing of the sodium coolant, cleaning of the EBR II sodium systems, removal and passivating of other chemical hazards and placing the deactivated components and structure in a safe condition.
Пайдаланудан шығару
Реактор 1994 жылдың қыркүйек айында тоқтатылды. Реакторды жоюдың алғашқы кезеңі – реактордан отын шығару жұмыстары 1996 жылдың желтоқсан айында аяқталды. 2000 жылдан бастап салқындатқыштар алынып, өңделді. Бұл 2001 жылдың наурыз айында аяқталды. Пайдаланудан шығару іс-шараларының үшінші және соңғы кезеңі – "реактор және реактор емес жүйелерді радиациялық және өнеркәсіптік қауіпсіз жағдайға келтіру" болды. 2012 және 2015 жылдар аралығында жер астындағы реактордың кейбір бөліктері алынып тасталды. Реактор ғимаратындағы бұзу-жою жұмыстарының құны шамамен 25,7 миллион долларды құрады. Реактордың жертөлесі цемент қоспасымен толтырылды. Үш жылдық зарарсыздандыру және қабірге қою жобасы 730 миллион долларға бағаланды. Кейінірек, EBR II реакторын қоршап тұрған үлкен бетон күмбезі алынып тасталып, қалған құрылыстың үстіне бетон қақпақ салыну жоспарланған. 2018 жылы жоспар өзгертілді. Күмбезді бұзу тоқтатылды және 2019 жылы ғимаратты өнеркәсіптік пайдалануға дайындау үшін жаңа еден құйылды, күмбезге жаңа бояу жағылды. Ғимарат қабір үстіндегі зерттеу орталығы ретінде пайдаланылады. Күмбез "Жер аумағындағы ұзақ мерзімді басқару және бақылау бағдарламасымен" бірге қабірдің ажырамас бөлігі болып табылады. Жерді пайдалану 100 жыл бойы өнеркәсіптік мақсатта жүзеге асырылады және одан кейін де белгісіз мерзімге созылуы мүмкін.
The reactor was shutdown in September 1994. The initial phase of decommissioning activities, reactor de fueling, was completed in December 1996. From 2000, the coolants were removed and processed. This was completed in March 2001. The third and final phase of the decommissioning activity was "the placement of the reactor and non reactor systems in a radiological and industrially safe condition". Between 2012 and 2015, some components of the below ground reactor were removed. The cost for removal actions in the reactor building were about $25.7 million. The basement with the reactor was filled with grout. The three year decontamination and entombment project cost $730 million. In a later stage, the large concrete dome that surrounds the EBR II reactor would be removed and a concrete cap placed over the remaining structure. In 2018, the plans were changed. The removal of the dome was stopped and in 2019, a new floor was poured and the dome got a fresh paint to prepare the building for industrial use. The building will be used for a research facility on top of the entombed reactor. The dome is an integral part of the tomb along with a "Site Wide Long Term Management and Control Program". The use of the site will be industrial in nature for a 100 year period and likely in the indefinite future thereafter.
Интегралды жылдам реактор
EBR II интегралды жылдам реактордың (IFR) прототипі болды, IFR – EBR II-нің ізбасары болуы тиіс еді. IFR бағдарламасы 1983 жылы басталды, бірақ АҚШ Конгресі 1994 жылы, бағдарламаның жоспарланған аяқталуына үш жыл қалғанда, қаржыландыруды тоқтатты.
The EBR II has served as prototype of the Integral Fast Reactor (IFR), which was the intended successor to the EBR II. The IFR program was started in 1983, but funding was withdrawn by U. S. Congress in 1994, three years before the intended completion of the program.