Главная  Взрывная дейтериевая энергетика 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 [ 33 ] 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90


юмощью циркуляцион-ше баки 6. Между ак-нники 4, обеспечиваю-юсителя. Теплообмен-I из него (18). Полное ксколько больше, чем (ыть не очень большим

ре перюго контура 3

ергозаряда.

1 г- - ---

\\1-21

контуре; 4 - теплообмен-i; 7-механизм формиро-часток сборки энергозаря-!плоносителя и выделения i; 14 - изготовление дета-и дейтерия; 16 - изготов-I радиоактивных отходов; ; 20 - теплообменник ак-контура; 22 - сепаратор;

. Предусматривается

ада за 0,5... 1 минуту нтной стенки. Время ;я. В накопительные

баки 6 теплоноситель закачивается из аккумулятора 5 и из резервного бака 24 в обычном темпе, с помощью резервных циркуляционных насосов 8.

При Vg = 4Уцд^ такая система требует резервной мощности циркуляционных насосов в 20...30% от мощности основных. При этом можно скомпенсировать два подряд несрабатывания энергозарядов без снижения мощности энергоагрегатов КВС. Естественно, при этом Vpgg > 2Уцд^. Необходима система клапанов

для сброса натрия 23 в резервный бак. Требуется также сепаратор 22, предотвращающий перемешивание упавшего сверху холодного натрия с горячим, нахо-ДЯ1ЦИМСЯ в аккумуляторе после предьщущих взрывов.

Цилиндрическая защитная стенка 2 падает в течение нескольких секунд с полной высоты взрывной камеры. Такой механизм формирования защитной стенки 7 при всей кажущейся простоте был бы слишком напряженным по техническим характеристикам. В § 5.5 мы рассмотрим систему формирования многофонтанной ЗС, которую в настоящее время считаем более перспективной.

Для КВС требуется участок изготовления энергозарядов. Сравнительно небольшая часть первичного топлива (торий и дейтерий) может поступать от внешних по отношению к энергоустановке поставщиков. Основную же часть урана-233 и тория целесообразно извлекать из теплоносителя и атмосферы КВС (аргона). Дейтерий из атмосферы КВС, скорее всего, извлекать не выгодно, из воды обойдется дешевле. Но из-за наработки небольшого количества трития атмосферу все равно придется очищать, выделяя из аргона водород (протий, дейтерий и тритий). Тритий вместе с дейтерием, не сгоревшим в предыдущих взрывах, целесообразно сжигать в последующих зарядах.

Таким образом, в технологическом цикле изготовления энергозарядов должны присзоствовать следующие системы (см. рис. 5.1):

выделения шлама из теплоносителя 11;

разделения шлама с выделением урана и тория 12, 13;

изготовления деталей из урана и тория 14;

очистки аргона, выделения и разделения изотопов водорода 15;

наполнения узлов, содержащих дейтерий 16.

Не будем обсуждать вопросы изготовления узлов энергозарядов, тем более их сборки. Отметим только, что участок сборки 9 предполагается разместить непосредственно над взрывной камерой. Собранный энергозаряд через шлюзовое устройство 10 вводится во взрывную камеру, подвешенным на тросе-кабеле, за несколько минут до очередного взрыва. Приблизительно за минуту до взрыва детали заряда механически перемещаются в рабочее положение, а после начала формирования защитной стенки переводятся в состояние электрической готовности к подрыву.

Остановимся на вопросе о необходимой степени автоматизации сборки энергозаряда и о надежности системы шлюзования.

Действительно, необходимо ли присутствие персонала на этапе сборки и шлюзования заряда? Ответ почти очевиден: чрезвычайной необходимости в этом нет, в штатных циклах функционирования взрьшных устройств решались



и более сложные задачи. Труднее предвидеть возможность проведения ремонтных работ с энергоагрегатами (насосами, теплообменниками и т. п.) без остановки КВС и без участия персонала. Не предвосхищая окончательного решения, попытаемся обосновать и возможность участия персонала в подобных операциях.

Система с вынесенными из аккумулятора теплообменниками 18 дает, по нашему мнению, возможность для ремонтных работ с участием персонала. При этом основной аккумулятор энергии можно сосредоточить также во втором контуре теплообмена, оставив в первом контуре минимальную массу теплоносителя.

Для компенсации несрабатываний заряда аккумулятор второго контура 19 также должен содержать холодный и горячий объемы. Но, во-первых, теплоноситель в них уже не будет радиоактивным, во-вторых, теплоноситель второго контура не будет подвергаться импульсному и квазистатическому давлению, возникающему во взрывной камере.

Чтобы представить, каковы величины возможных перепадов температур, необходимо рассмотреть процессы в аккумуляторах, накопительных баках, трубопроводах и т. д.

§ 5.2. Энергия первого контура

Кроме тепловой энергии натрия, в первом контуре присзоствуют радиоак-

тивные осколки деления и радиоактивный Na. Каждый взрыв энергозаряда, сжигающего 50 г урана-233 и 120 г дейтерия (как уже говорилось в гл. 3, это эквивалентно энерговыделению бззр = 10 кт т. э.) передает:

бвзр ~ 9 1 О^Дж-энергии взрыва;

бзахв ~ 15 Ю^Джэнергии у-излучения, сопровождающего захват нейтронов натрием;

Qpacn ~ 1>6 10Дж-энергии у-и Р-излучений Na , распадающегося с периодом полураспада Ту2= 15 часов;

Qq = 0,03-Ю^Джэнергии р-и у-излучений осколков деления.

В условиях долговременной работы вся эта энергия должна быть передана теплообменниками между первым и вторым контурами в течение времени цикла

ЦИKЛ

. Полная мерность при этом окажется

взр I бзахв I

<2,

=WB3p+W3axB+Wpacn (5-1)

цикл цикл цикл цикл

где W, взр, WjaxB. Wpacn-средние по времени значения мощностей.

Например, при Хцикл =05 час W {2\+ 8,3 + 8,9) ГВт 38 ГВт, из которых распадная часть W составляет более 20% от полной.

Распадная мо 7-1,5 102 ядер

Натрий-24 чере

топ). Соответственнс

ра Na накапливал] их подчиняется зако)

последующие взрыв! жаться по закону

где = - = 1,3-10

71/2

взрыва.

Полная энергия большого времени, с(

Например, для

в несколько раз прс! Но выделяться эта э распадной энергии Заметим, что в с трия-24, через сугкк Мощность распадов

Запас энергии в ляционных насосов. I (см. рис. 5.1) ввести д мощности -10% от п

Избежать вь!дел( тель небольшое коли Кроме того, теплоно ких-либо дополните, систем теплообмена.

Компромиссным можно считать смесь тельно половина ней

Na -300 г/взрыв, а




фоведения ремонтных \ т. п.) без остановки ьного решения, попы-эных операщ1ях. шками 18 дает, по nasi персонала. При этом ке во втором контуре теплоносителя. 3 второго контура 19 , во-первых, теплоно-гплоноситель второго тическому давлению,

ерепадов температур, 1ительных баках, тру-

зисзо'ствуют радиоак-

i взрыв энергозаряда, )ворилось в гл. 3, это

)вождающего захват

Na, распадающегося

колков деления.

олжна быть передана гчение времени цикла

(5.1)

я мощностей.

= 38 ГВт, из которых

Распадная мощность реализуется за счет наработки в каждом взрыве У = 1,5 10 ядер Na , или -600 г/взрыв.

Натрий-24 через (3 -распад превращается в магний-24(стабильный изотоп). Соответственно за каждый цикл нарабатывается -600 г ядер Mg . Но ядра Na накапливались в течение предыдущих циклов. Их много больше, число их подчиняется закону радиоактивного распада. Если после очередного взрыва

последующие взрывы не гфоизводить, выделение энергии Na будет продолжаться по закону

(5.2)

циkл

где А, = = 1,3 10 сек а время t отсчитывается от момента последнего

71/2

взрыва.

Полная энергия, выделившаяся за счет распадов в течение достаточно большого времени, составит

/ , ipacn vpacn

цикл l 2

(5.3)

Например, для Хцикл=05 час Qpgn =7 10 Дж = 170 кт т. э., а это

в несколько раз превышает тепловую энергию, накопленную в аккумуляторе. Но выделяться эта энергия может только сравнительно медленно. Мощность распадной энергии за сутки уменьшается приблизительно в 3 раза.

Заметим, что в стационарно работающем КВС будет находиться -25 кг на-трия-24, через сутки после прекращения взрывов -8 кг, через неделю -10 г. Мощность распадов через неделю составит для КВС 10 около 40 МВт.

Запас энергии в Na потенциально опасен, если прекратить работу циркуляционных насосов. На этот случай достаточно в аккумулятор первого контура 3 (см. рис. 5.1) ввести дополнительный охлаждающий теплообменник, который на мощности -10% от полной должен проработать около полусзо'ок.

Избежать выделения распадной мощности можно, добавив в теплоноситель небольшое количество лития. Но потеря 20 %> мощности вряд ли оправдана. Кроме того, теплоноситель, медленно повышающий свою температуру без каких-либо дополнительных устройств, довольно привлекателен для некоторых систем теплообмена.

Компромиссным вариантом между чистым натрием и натрием с литием можно считать смесь натрия с калием. При весовом соотношении 1:1 приблизительно половина нейтронов энергозаряда будет захвачена натрием: образуется

Na -300 г/взрыв, а другая половина - калием: образуется °К -600 г/взрыв.



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 [ 33 ] 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90

© ООО "Карат-Авто", 2001 – 2018
Разработчик – Евгений Андрианов