Реактор с органическим теплоносителем
Реа́ктор с органи́ческим теплоноси́телем — ядерный реактор, использующий в качестве теплоносителя органические жидкости (газойль, дифенильная смесь и пр.), имеющие хорошие замедляющие свойства и высокую температуру кипения при атмосферном давлении.
Преимущества
- Низкое давление в первичном контуре существенно упрощает конструкцию реактора. Так, для примерно равных параметров пара во вторичном контуре (р = 30 атм) давление в реакторе с органическим теплоносителем может составлять порядка 2-3 атм (когда используется вода, реактор должен находиться под давлением ~ 10 атм).
- Из-за химической инертности органических жидкостей к металлам упрощается проблема подбора покрытий для тепловыделяющих элементов. В реакторе с органическим теплоносителем тепловыделяющие элементы имеют алюминиевые покрытия с максимально допустимой температурой на их поверхности 400 °C. При той же температуре и водной среде тепловыделяющие элементы необходимо покрывать цирконием, так как алюминиевые покрытия при охлаждении водой могут использоваться до температуры на поверхности элементов не свыше 300 °C.
Недостатки
- Температура плавления рекомендуемых в настоящее время органических теплоносителей выше температуры окружающей среды. Это вынуждает снабжать коммуникационные линии и оборудование специальными подогревательными устройствами.
- Термическая и радиационная нестойкость. При высокой температуре и под действием излучения органические жидкости распадаются или образуют более сложные вязкие органические соединения. Для очистки органической жидкости от примесей в первый контур должны входить очистительные устройства, что усложняет энергетическую установку. Поэтому органические жидкости пока ещё редко используются в реакторостроении.
Используемые вещества
Ароматические вещества имеют более высокую сопротивляемость к радиационным воздействиям, чем алифатические. Из числа опробованных органических жидкостей наиболее стабильными в условиях повышенных температур и радиоактивного облучения оказались некоторые из полифенилов. В таблице приведены свойства органических жидкостей, рекомендованных для использования в реакторной технике.
| Дифенил C6H5—C6H5 |
Смесь изомеров трифенила |
Трифенил | |||
|---|---|---|---|---|---|
| o | m | p | |||
| Температура плавления, °C | 69 | 60—145 | 50—55 | 78—85 | 200—215 |
| Температура кипения, °C | 255 | 364—418 | 330—341 | 368—378 | 381—388 |
| Давление паров при 325 °C, ата | 3,7 | 0,4 | 0,8 | 0,4 | 0,3 |
| Давление паров при 425 °C, ата | 15 | 2,0 | 3,4 | 2,0 | 1,5 |
| Относительная стоимость | 0,33 | 0,37 | 1,98 | 3,05 | 1,98 |
| Скорость полимеризации при 225 °C, кг/кВт·ч (тепловая энергия) | 0,27 | 0,23 | 0,27 | 0,23 | 0,16 |
Перспективы
Из-за перечисленных недостатков, на практике такие реакторы никогда не применялись. В 1960-е в СССР и в США было создано несколько экспериментальных конструкций, тогда же органические теплоносители испытывались в специальных каналах реакторов ВВЭР. Существовал также проект мобильного реактора «Арбус» небольшой мощности, который мог монтироваться на новой площадке за 2—3 месяца. Впоследствии реконструирован в атомную станцию теплоснабжения АСТ-1. В качестве теплоносителя использовался дитолилметан. Остановлен в 1988 году и сейчас находится в стадии снятия с эксплуатации. Снято более 50 процентов оборудования, демонтируется активная зона. Проект себя не оправдал из-за малого срока работы до перезагрузки (не более 6 месяцев), что недостаточно для отопительного периода.Проблема заключается в закоксовывании ТВЭЛов продуктами органики. Никакими способами не удалось добиться очистки теплоносителя. Очень пожароопасен и токсичен с химической точки зрения.