Особенности, принцип действия и устройство системы ГТ-МГР

1) Реактор. В данной системе применяется атомный реактор, охлаждаемый газообразным гелием. Он спроектирован таким образом, что даже в случае отказа системы управления, ядерная реакция затухнет сама по себе, причем чем сильнее нагрев – тем слабее происходит реакция. Реактор имеет внутреннюю, конструктивно предопределённую защиту от всех ошибок операторов и технических повреждений. Вся активная зона выполнена из графита – никаких металлоконструкций здесь нет, а жаропрочный сплав применён только в самом наружном корпусе — капсуле.

2) Топливо. Горючее для станции – это оксид и карбид урана либо оксид плутония, выполненные в виде шариков поперечником всего 0,2 мм и покрытые несколькими слоями различной теплостойкой керамики. Шарики "насыпаются" в стержни, те сформировывают сборку и т.д..

Физические (масса конструкции, условия протекания реакции) и геометрические характеристики реактора таковы (например, сравнимо низкая плотность энергии), что при любом развитии событий, даже при полной потере теплоносителя, эти шарики не расплавятся. В самом худшем варианте развития событий (отказ системы управления +отказ системы охлаждения жидким гелием) температура в активной зоне АЭС подскочит максимум до 1600 градусов по Цельсию, но активная зона при всем этом не расплавится. Реактор же сам начнёт охлаждаться, отдавая тепло в окружающий грунт.

3) Капсульная компоновка. Все узлы и агрегаты АЭС расположены в капсулах. В первую капсулу заключен сам реактор и привод управляющих стержней, во второй капсуле расположены, гелиевая турбина и компрессор, теплообменники, электрогенератор, вспомогательное оборудование. Капсулы соединены между собой (см. рис. 2) и размещены под землей. Следует отметить простоту и изящность такой схемы по сравнению с традиционной двухконтурной АЭС с водой в качестве теплоносителя. Не требуется промежуточных теплоносителей, громоздких теплообменников, паровой турбины, большого количества труб и насосов.

4) Теплоноситель. Применение в качестве теплоносителя гелия сулит ряд преимуществ. Он химически инертен и не вызывает коррозию узлов. Он не меняет собственного агрегатного состояния. Он не оказывает влияния на коэффициент размножения нейтронов.

5) Гелиевая газовая турбина. Капсулирована совместно с насосами и теплообменниками. Используются электромагнитные подшипники, на случай аварии предусмотрены подшипники качения. Приводит во вращение электрогенератор и турбокомпрессор.

6) Компрессор. Расположен на одном валу с гелиевой турбиной и электрогенератором. Может быть осевым или центробежным в зависимости от расхода газообразного гелия. Настоящая дипломная работа посвящена проектированию центробежного гелиевого компрессора, предназначенного для циркуляции гелия в системе, подобной ГТ-МГР.

7)Замкнутый цикл Брайтона. В системе ГТ-МГР реализован замкнутый цикл Брайтона с регенерацией. Процессы на рис. 3:

1-2 s=const: изоэнтропное сжатие в компрессоре;

2-5 p=const: подогрев газа в регенеративном теплообменнике;

5-3 p=const: передача теплоты ядерной реакции гелию в реакторе;

3-4 s=const: процесс расширения гелия в турбине;

4-6 p=const: охлаждение гелия в регенеративном теплообменнике;

6-1 p=const: охлаждение гелия в теплообменнике, охлаждаемом водой.

Рис. 2. Компоновка элементов модульной гелиевой АЭС в капсулах. (иллюстрация с веб-сайта gt-mhr.ga.com).

Рис. 3. Теоретический замкнутый цикл Брайтона с регенерацией.

Рис. 4. Схема циркуляции гелия в ГТ-МГР. (иллюстрация с веб-сайта gt-mhr.ga.com).

8) Высокий КПД установки. Новая станция обладает высоким КПД - до 50%, против 32% у имеющихся АЭС, плюс — намного более полная выработка ядерного горючего (а означает – меньше облучённого урана и меньше высокоактивных отходов на каждый мегаватт-час приобретенной энергии), простота конструкции, меньшая цена возведения и более простой контроль над работой.

9) Безопасность. Согласно американской шкале уровней безопасности (0 – наивысший уровень, недостижимый на практике, 3 – наихудший уровень) станция будет соответствовать первому уровню безопасности. При этом уровне безопасности новой АЭС не требуются особенные системы безопасности, потому что у самого реактора имеется внутренний, конструктивно предопределённый "иммунитет" от всех ошибок операторов и технических повреждений.

Станция в Чернобыле имела, по версии американских специалистов по безопасности, 3-ий (худший) уровень безопасности, что значит критичность системы к ошибкам людей либо неисправности оборудования. На данный момент многие действующие станции вышли на уровень безопасности "2". ГТ-МГР – первая в мире АЭС, которая будет соответствовать первому уровню безопасности.

10) Утилизация оружейного плутония. Так как ГТ-МГР может потреблять не только уран, но и оружейный плутоний, такие АЭС становятся безупречным устройством по его утилизации, не только неопасной, но ещё и в определённом смысле прибыльной. К примеру, Северск будет частично обеспечивать себя электроэнергией за счёт сокращаемых русских боеголовок.

Отработанный плутоний, который будут выгружать из реактора, по своим характеристикам — бесперспективен для гипотетического внедрения в ядерном оружии, что для мировой безопасности хорошо.

11) Ввод в эксплуатацию на территории РФ. В г. Северске Томской области к 2012-2015 годам планируется создание и ввод в эксплуатацию первой четырёхмодульной АЭС ГТ-МГР. Термическая мощность одного модуля составит 600 МВт, а электрическая – 285 МВт.

12) Срок службы. Расчётный срок службы ГТ-МГР – 60 лет.