No Image

От производственных реакторов к реакторам коммерческой мощности

13 просмотров
04 декабря 2023

Самый ранний американский проект в области ядерной энергетики был начат в 1946 году в Ок-Ридже, но в 1948 году программа была прекращена, а большая часть персонала была переведена в программу военно-морских реакторов. В 1953 году был запущен первый прототип реактора для подводных лодок (что привело к спуску на воду в следующем году первой атомной подводной лодки «Наутилус»), а также в 1953 году президент Дуайт Д. Эйзенхауэр объявил о программе «Атом для мира». Программа «Атом для мира» заложила основу для официальной программы ядерной энергетики США, а также ускорила международное сотрудничество в области ядерной энергетики. Американская ядерная энергетическая программа была посвящена разработке нескольких типов реакторов. Три из этих типов в конечном итоге оказались успешными в том смысле, что они остаются коммерческими реакторами сегодня или системами, которые планируется использовать в будущем. Это быстрый реактор-размножитель (сейчас он называется жидкометаллическим реактором, или ЖМР), реактор с водой под давлением (PWR) и реактор с кипящей водой (BWR).

Первым ЖРД стал экспериментальный реактор-размножитель EBR-I, спроектированный в Аргоннской национальной лаборатории и построенный на территории нынешней Национальной лаборатории Айдахо вблизи Айдахо-Фолс, штат Айдахо. EBR-I был ранним экспериментом, демонстрирующим размножение, и в 1951 году на нем была выработана первая электроэнергия из ядерного тепла. Гораздо более крупный экспериментальный размножитель, EBR-II, был разработан и введен в эксплуатацию (с выработкой электроэнергии) в 1963 году.

Принцип работы реактора BWR был впервые продемонстрирован на исследовательском реакторе в Ок-Ридже, но разработка реакторов этого типа была поручена Аргонну, который построил в Айдахо серию экспериментальных установок, получивших обозначение BORAX. В 1955 году один из них, BORAX-III, стал первым американским реактором, который выдавал электроэнергию в коммунальную сеть на постоянной основе. Настоящий прототип, экспериментальный кипящий реактор, был введен в эксплуатацию в 1957 году. Принцип ВВЭР, тем временем, уже был продемонстрирован в реакторах военно-морского флота, и Лаборатория атомной энергии Беттиса в рамках программы военно-морских реакторов получила задание построить гражданский прототип в Шиппингпорте, штат Пенсильвания. Этот реактор, самый большой из прототипов энергетического реактора, был запущен в 1957 году; его часто называют первым реактором коммерческого масштаба в США.

В 1949 году ядерные усилия Советского Союза увенчались первым испытанием атомной бомбы. Десятилетие спустя Советский Союз ввел в строй свое первое надводное судно с ядерной силовой установкой, ледокол «Ленин», одновременно с тем, как Соединенные Штаты спустили на воду свой первый надводный военный корабль с ядерной силовой установкой, крейсер «Лонг Бич». Утвердившись среди ядерных держав, Советский Союз направил значительные усилия на использование ядерной энергии для выработки электроэнергии по стандартному паровому циклу. В 1954 году в Обнинске (Россия) был модифицирован реактор для производства плутония с графитовым замедлителем, что позволило создать первый в мире генератор электроэнергии на ядерной энергии. В середине 1960-х годов Советский Союз ввел в эксплуатацию два 100-мегаваттных реактора BWR с графитовым замедлителем. Сразу после этого реакторы начали строить по всему Советскому Союзу, причем номинальная мощность постоянно увеличивалась. В 1973 году первый 1000-мегаваттный реактор Большой Мощности Канальный (РБМК; «мощный канальный реактор») вышел на критическую мощность. РБМК представлял собой необычную конструкцию с водой под давлением, изначально предназначенную для производства плутония и выработки электроэнергии, в которой активная зона замедлялась графитом. Советская атомная энергетика также создала более традиционную конструкцию ВВЭР — водо-водяной энергетический реактор (ВВЭР; «водоохлаждаемый энергетический реактор с водяным замедлителем»), который, как и американские проекты ВВЭР, был разработан на основе ранних работ, выполненных на военно-морских электростанциях.

В Великобритании за GLEEP в конце 1940-х — начале 1950-х годов последовало строительство реакторов №1 и №2 с воздушным охлаждением в Уиндскейле, которые производили плутоний для зарождающейся британской программы создания ядерного оружия. (Первое испытание атомной бомбы в Британии состоялось в 1952 г.) Через реку Калдер от Уиндскейла в 1956 г. новый реактор, Калдер Холл А, вошел в историю, впервые в мире произведя электроэнергию в промышленных масштабах (и одновременно наработав плутоний для оружия). Реакторы Колдер-Холла охлаждались сжатым углекислым газом и использовали топливо из природного урана, покрытого новой оболочкой из магниевого сплава. Из-за этой оболочки реакторы типа Колдер-Холл были также известны как реакторы Magnox. Продолжая эту технологию, Британия разработала усовершенствованный газоохлаждаемый реактор (AGR), в котором использовалось топливо из обогащенного диоксида урана, что позволило повысить температуру реакции и увеличить эффективность выработки электроэнергии. Прототип AGR был построен в Уиндскейле и заработал в 1963 году. Коммерческие АГР строились в Великобритании до 1980-х годов.

Франция последовала модифицированной британской модели с графитовыми реакторами G1, G2 и G3 с газовым охлаждением, которые впервые заработали в Маркуле, на реке Рона на юге Франции, в 1956-59 годах. Эти реакторы питали электрогенераторы и одновременно производили плутоний для французской программы создания ядерного оружия. (Первое испытание французской атомной бомбы состоялось в 1960 г.) Однако, первоначально сосредоточившись на газовых реакторах, Франция перешла к разработке легководных реакторов. В конечном итоге французские коммерческие атомные электростанции были стандартизированы на основе трех базовых конструкций ВВЭР.

Канада использовала свои богатые запасы урановой руды и способность массово производить тяжелую воду, создав канадский реактор на дейтериевом уране (CANDU), который работает на природном или очень слабо обогащенном уране, замедленном тяжелой водой (оксидом дейтерия). Первый реактор CANDU, вырабатывающий около 20 мегаватт электроэнергии, был запущен в 1962 году в Ролфтоне, Онтарио, на реке Оттава. Первая коммерческая атомная электростанция Канады, расположенная в Пикеринге, Онтарио, на берегу озера Онтарио, была введена в эксплуатацию в 1971 году. К концу века в Канаде было построено более 20 реакторов CANDU, а за рубежом — еще больше.

До 1970-х годов все коммерческие атомные электростанции использовали тепловые нейтроны в качестве основного механизма деления. (Объяснение энергий нейтронов см. выше в разделе «Тепловые, промежуточные и быстрые нейтроны»). Однако в 1973 году Советский Союз продемонстрировал первый коммерческий реактор на быстрых нейтронах, построенный на берегу Каспийского моря в районе современного города Актау (Казахстан). Реактор не только обеспечивал тепловой энергией 120-мегаваттную электростанцию, но и использовал свое тепло для опреснения воды в Каспийском море — новая концепция альтернативного использования ядерной энергии, которая впоследствии была принята в других частях света. Несколько прототипов реакторов на быстрых нейтронах уже были разработаны в США, Великобритании и других странах Советского Союза, однако ни одна страна пока не смогла довести эту технологию до экономически выгодного уровня.

Комментировать
13 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Технологии
0 комментариев
No Image Технологии
0 комментариев
No Image Технологии
0 комментариев
No Image Технологии
0 комментариев