Саморегулируемый реактор теплоснабжения МАСТЕР

В настоящее время возрастает потребность в развитии безопасных и надежных реакторов малой мощности как автономных источников энергии. Такие реакторы могут найти достаточно широкое применение. Например, они могут располагаться в удаленных и труднодоступных районах для автономного тепло- и электроснабжения различных объектов. Наконец, автономные источники малой мощности, эксплуатирующиеся длительное время в режиме саморегулирования, могут найти применение в странах, где научно-технический уровень не позволяет развивать собственную атомную энергетику.

Учитывая возрастающий спрос в области малой энергетики, специалистами фирмы «Моделирующие системы» разработан реактор теплоснабжения «МАСТЕР» (Малогабаритный Автономный Саморегулируемый ТЕплопроводный Реактор). В ходе исследований предложена концептуальная схема реакторной установки, ее нейтронно-физические и теплогидравлические характеристики. Рассмотрены возможности саморегулирования реактора и компенсация потери реактивности при выгорании топлива.

Автономная реакторная установка может оказаться востребованной, если она будет: экономически целесообразной, саморегулируемой, безопасной, надежной в течение длительного срока службы и простой по своему устройству.

Реакторная установка должна полностью собираться на заводе-изготовителе, транспортироваться к месту использования и на месте приводиться в рабочее состояние.

Для пресечения хищения делящихся материалов, для локализации выхода радиоактивных продуктов при авариях реакторная установка должна располагаться под землей.

Длительность эксплуатации должна быть не менее 60 лет. Это срок службы зданий и сооружений до проведения капитальных ремонтов, срок в энергетике морального старения принятых решений и время жизни более двух поколений. Очевидно, что длительность срока эксплуатации является одной из определяющих компонент экономичности установки.

Надежность установки определяется простотой ее устройства. Для этого желательно исключить все механические устройства и системы управления. Например, использование естественной циркуляции избавляет от необходимости иметь насосы и арматуру. Реализация саморегулирования позволяет исключить систему управления и защиты реактора и, в предельном случае, отказаться от постоянного обслуживающего персонала.

Ограничение величины давления в системе снятия тепла также будет способствовать безопасности и надежности установки.

Сформулированные общие соображения можно представить в виде технических требований к разрабатываемой установке:

• диапазон тепловой мощности от 0.3 до 3.0 МВт;
• температура воды у потребителя не выше 80 °С;
• время работы без перегрузки топлива 60 лет;
• температура теплоносителя ниже точки кипения;
• невозможность разрушения корпуса при любых авариях;
• саморегулируемый режим работы в течение всей кампании;
• внутренне присущая безопасность за счет отрицательных обратных связей и отсутствия высокого давления в контурах;
• исключение тяжелых аварий и возможности использования реактора, как взрывного устройства;
• подземное расположение.
  При разработке конкретной конструкции реактора были приняты следующие компоновочные решения:
• двухконтурная система отвода тепла: первый замкнутый контур с естественной циркуляцией; второй контур с принудительной циркуляцией – контур потребителя;
• передачи тепла от ядерного топлива к теплоносителю первого контура осуществляется за счет теплопроводности материала активной зоны (своего рода «однотвэльный» реактор).
  

• В реакторе на тепловых нейтронах с высокотеплопроводным топливом (UBe13 + Mg) и замедлителем (Ве), в котором тепло передается к корпусу реактора теплопроводностью. Данный вариант конструкции был назван "МАСТЕР-ИАТЭ".
• В реакторе на быстрых нейтронах с высокотеплопроводными твэлами из сплава U-Mo и жидкометаллическим теплоносителем. Этот вариант конструкции получил название "МАСТЕР-ЖМ".