Атомная электростанция с керамическим реактором на быстрых нейтронах Российский патент 2022 года по МПК G21D1/00 

Изобретение относится к энергетике и может быть применяться для производства электроэнергии и тепла на основе использования в качестве энергоносителя ядерного топлива.

Наиболее эффективными в настоящее время являются реакторы на быстрых нейтронах.

Из существующего уровня техники известны АЭС с водо-водяными реакторами на тепловых нейтронах (Маргулова Т.Х. Электрические станции. 5 изд. М.: МЭИ, 1994, стр. 21). АЭС такого типа не могут вырабатывать пар с высокой температурой и давлением, близкими к параметрам, достигнутыми в традиционной энергетике на органическом топливе. Параметры таких АЭС обычно не превышают 330°С и 7,0 МПа. КПД у водо-водяных АЭС доходит до 35%.

Недостатками АЭС с водо-водяными реакторами на тепловых нейтронах (ВВЭР) являются: неблагоприятные последствия в случае запроектной аварии при вступлении в реакцию циркония с водой, т.к. в процессе реакции выделяется водород и огромное количество тепла; невозможность поднятия температуры топлива в виде таблетки, изготовленного из оксида урана в связи с малым коэффициентом её теплопроводности и в этом случае будет происходить перегрев центра таблетки до недопустимых температур; невозможность осуществления замкнутого топливного цикла - сжигание в реакторе только изотопа U235, а также низкий КПД АЭС.

Используемые в настоящее время оболочки твэлов из сплава циркония с ниобием имеют большой недостаток. При высокой температуре оболочки твелов взаимодействуют с водой с выделением тепла и водорода, что является недопустимым. (Википедия, сайт Росатома, Учебник для студентов «Реакторы на быстрых нейтронах» Г.Б. Усынин, Е.В. Кусманцев. Указана АЭС – 4- блок Белоярской АЭС).

Наиболее близким к заявленному техническому решению является изобретение по патенту РФ № 2755261, МПК G 21D 1/00, публ. 14.09.2021г.

Атомная электростанция с керамическим реактором на быстрых нейтронах, включающая  ядерный реактор с топливом, корпус реактора, твэлы с чехлами, теплообменники, насосы для обеспечения циркуляции жидкого теплоносителя через теплообменники с трубопроводами первого, второго и третьего контуров, генератор, отличающаяся тем, что корпус реактора, чехлы твэлов, внутрикорпусные детали, трубопроводы первого контура, горячая часть трубопроводов второго контура, литий – аргонный теплообменник изготовлены из ингибированного композиционного керамического материала на основе C-SiC или ингибированного керамического материала на основе SiC-SiC, аргонно-водяной теплообменник изготовлен из металла; в качестве жидкого теплоносителя  в первом контуре используют литий (Li7),   во  втором контуре в качестве теплоносителя используют аргон, в качестве топлива используют нитрид урана или смесь нитрида урана с нитридом и оксидом плутония  в виде таблеток диаметром от 10 до 40 мм и высотой от 5 до 100 мм.

К недостаткам указанного технического решения относятся: использование лития в качестве теплоносителя первого контуров который, является пожароопасным металлом (металл очень агрессивный, при взаимодействии с водой выделяется водород, и происходит самовозгорание); невозможность увеличения температуры первого контура до высоких температур, так как температура кипения лития равна 1330°С, невозможность обеспечения в реакторе жёсткого нейтронного излучения. Высокая химическая агрессивность лития приводит к уменьшению ресурса работы АЭС. Использование аргона в качестве теплоносителя второго контура резко увеличивает габариты литий-аргонового теплообменника и затрудняет расхолаживание первого контура в случае аварийного обесточивания АЭС, а также приводит к необходимости разработки высокотемпературной газовой турбины большой мощности. В случае использования цилиндрических таблеток и, соответственно, цилиндрических твэлов невозможно создать каналы для теплоносителя в реакторе имеющие одинаковую толщину (для их равномерного прогрева), а также невозможно уменьшить соотношение топливо : теплоноситель меньше чем

,

где π – число π.

Всеми этими недостатками не обладает предложенная конструкция топлива в виде правильных шестигранных призм и шестигранных твэлов соответственно, в ней возможно создать каналы для теплоносителя имеющие одинаковую толщину и создать соотношение топливо : теплоноситель вплоть до величины 1 : 0.

Задачи, на решение которых направлено заявленное изобретение, заключаются в создании АЭС с «нулевым углеродным следом», повышении безопасности АЭС в случае аварийного обесточивания АЭС; в удешевлении капитальных и эксплуатационных затрат при строительстве и эксплуатации АЭС; в увеличении ресурса работы АЭС.

Указанные задачи решаются предлагаемым изобретением.

Атомная электростанция с керамическим реактором на быстрых нейтронах, включающая  ядерный реактор с топливом из нитрида урана или смеси нитрида урана с нитридом и оксидом плутония, корпус реактора, твэлы с чехлами, внутрикорпусные детали, генератор, теплообменники, насосы для обеспечения циркуляции жидкого теплоносителя через теплообменники с трубопроводами первого, второго, имеющего горячую часть, и третьего контуров, при этом корпус реактора, чехлы твэлов, внутрикорпусные детали, трубопроводы первого контура, горячая часть трубопроводов второго контура, теплообменники изготовлены из ингибированного композиционного керамического материала на основе C-SiC или ингибированного керамического материала на основе SiC-SiC, отличающаяся тем, что в качестве теплоносителя первого контура используется свинец или свинцово-висмутовый сплав с содержанием висмута от 48 % до 63%, в качестве теплоносителя второго контура используется вода, топливные элементы имеют форму правильных шестигранных призм с длиной стороны основания от 8 до 35 мм и высотой боковой грани от 8 до 100 мм, при этом электростанция дополнительно содержит высокотемпературную установку для получения водорода и кислорода по серно-йодному циклу и свинцово-водный теплообменник, изготовленные из ингибированного композиционного керамического материала на основе C-SiC или ингибированного керамического материала на основе SiC-SiC.

Предлагаемый в АЭС ядерный реактор на быстрых нейтронах с теплоносителем первого контура из свинца или свинцово-висмутового сплава (КРБНС) имеет ряд преимуществ по сравнению с атомными реакторами на быстрых нейтронах с литиевым теплоносителем.

В целях повышения энергетической безопасности мира в ядерной энергетике должны использоваться технологии нового поколения и замкнутый топливный цикл в реакторах на быстрых нейтронах с расширенным воспроизводством. Это обеспечит неограниченность ресурса ядерного топлива за счет перехода от использования изотопа U²³⁵ к использованию естественного урана, тория и плутония.

КРБНС в процессе работы будет вырабатывать не только энергию и тепло, но и водород и кислород.

КРБНС также можно использовать для уничтожения долгоживущих высокоактивных отходов и наработки материалов для воспроизводства топлива.

Наиболее оптимальное направление развития атомной энергетики - создание КРБНС. При переходе от керамического реактора на быстрых нейтронах с литиевым теплоносителем (КРБН) к КРБНС можно добиться улучшенных технико-экономических показателей, а также улучшения экологии на планете.

Именно в 21 веке проблема «углеродного следа» стала ведущей проблемой мировой повестке человечества. По итогам 2019 года концентрация СО₂ в атмосфере Земли составила 419 ppm, а суммарная концентрация парниковых газов в эквиваленте СО₂ составила 508 ppm. Углеродный след человечества составляет 55 млрд. тонн СО₂ - эквивалента в год.

Парниковые газы – основная причина глобального потепления климата. Деятельность человека уже привела к повышению температуры земли на 1,1°С по сравнению с XIX веком. В результате погода стала изменчивой, участились засухи, наводнения, пожары и т.д. Согласно Парижскому соглашению 2015 года, человечество должно сдержать рост температуры планеты на 1,5°С до конца XXI века, иначе нам грозят кардинальные и необратимые изменения условий жизни. КРБНС позволяет создать энергетику с нулевым «углеродным следом».

Высокотемпературный потенциал свинцового теплоносителя или свинцово-висмутового теплоносителя позволит выработать водород и кислород путем разложения воды в высокотемпературной установке для получения водорода и кислорода по серно-йодному циклу.

Серно-йодный цикл позволяет вырабатывать водород для «чистой» водородной экономики. Он не требует углеводородов, как современные методы паровой конверсии, и не оставляет «углеродный след», в отличие от выработки водорода из угля, природного газа и более эффективный по сравнению с методом прямого электролиза воды. Долю выработки водорода или электроэнергии в общем балансе АЭС с КРБНС можно корректировать в зависимости от потребности энергосети.

В КРБНС топливо или смесь нитрида урана с нитридом и оксидом плутония используется в виде правильных шестигранных призм. Это позволяет уменьшить долю теплоносителя в активной зоне путем уменьшения зазора между твэлами. В случае использования твэлов в виде цилиндрических таблеток доля теплоносителя не может быть уменьшена до определенных значений.

Замедляющая способность свинца или свинцово-висмутового сплава в первом контуре АЭС намного меньше замедляющей способности лития, следовательно, в предлагаемой конструкции активной зоны АЭС скорости нейтронов в ней будет больше, более жёсткий спектр нейтронов позволит расщеплять изотоп U ²³⁸.

В КРБНС по сравнению с КРБН температура чехла твэла будет увеличена с 1250°С до 1300°С, а температура теплоносителя на выходе из реактора будет увеличена с 1200°С до 1250°С. Температура кипения свинца – 1737 С и это позволяет поднять температуру чехла твэла до 1300°С, что обеспечивает запас до вскипания свинца 437 °С. У КРБН запас до вскипания лития 80 °С.

Высокотемпературный потенциал свинцового теплоносителя позволит выработать водород и кислород путем разложения воды в специальных аппаратах, например, используя серно-йодный цикл.

Реакции, при которых выделяется водород, следующие:

1. 2 H₂SO₄ + нагрев до 830 °C → 2 SO₂ + 2 H₂O + O₂.

Воду, SO₂ и остаточную не разложившуюся серную кислоту необходимо отделить от кислорода путем конденсации.

2. 2 HI + нагрев до 450 °C → I₂ + H₂.

Йод и любая сопутствующая вода или SO₂ отделяются путем конденсации, а водород остается в виде газа.

3. I₂ + SO₂ + 2H₂O + нагрев до 120 °C → 2 HI + H₂SO₄ — Реакция Бунзена.

Затем HI отделяют от  H₂SO₄ дистилляцией или гравитационным разделением жидкость/жидкость.

То есть получается, что йодоводородная и серная кислоты разлагаются и синтезируются по замкнутому циклу и в процессе этих трёх реакция итоговой получается реакция: 2 H₂ O → 2 H₂ + O₂

Соединения серы и йода восстанавливаются в высокотемпературной установке для получения водорода и кислорода по серно-йодному циклу и повторно используются, поэтому процесс рассматривается как цикл. Этот процесс S–I представляет собой химический тепловой двигатель. Теплота необходимая для этих реакций забирается у свинцового высокотемпературного теплоносителя.

В деструкторе серной кислоты 8 происходит деструкция серной кислоты и образование оксида серы, воды и кислорода (реакция 1), в деструкторе йодоводорода 9 происходит разложение на йод, воду и водород (реакция 2), в бунзеровском реакторе 10 происходит синтез серной и йодоводородной кислот (реакция 3), указанные на фигуре. В процессе работы установки происходит непрерывное удаление водорода и кислорода и добавление воды.

Процесс поддается масштабированию, возможно получение водорода и кислорода в больших объёмах.

Преимущества высокотемпературной установки для получения водорода и кислорода по серно-йодному циклу:

- все вещества (жидкости, газы) повторно используются, поэтому хорошо подходят для непрерывной работы;

- высокий коэффициент использования тепла;

- полностью закрытая система без побочных продуктов (кроме водорода и кислорода);

- технически более отработанный процесс, чем конкурирующие термохимические процессы.

Для данного процесса требуется температура выше 850 °C, КРБНС имеет такой температурный потенциал. Высокотемпературный потенциал свинцового теплоносителя от 1250°С до 850°C будет использоваться в вышеуказанном процессе.

Ингибированный композиционный керамический материал на основе C-SiC и ингибированный керамический материал на основе SiC-SiC имеет высокую коррозионную стойкость при высокой температуре в среде воды, йода, диоксида серы, йодоводородной кислоты, серной кислоты. Следовательно, из них возможно изготовить элементы высокотемпературной установки для выработки водорода и кислорода.

Использование свинца или свинцово-висмутового сплава вместо лития в первом контуре и воды вместо аргона во втором контуре позволит:

- существенно увеличить безопасность КРБНС в связи с гарантированным теплосъёмом от активной зоны в случае аварийного обесточивания АЭС;

- в КРБН в случае разгерметизации второго контура аргон не сможет эффективно охлаждать теплоноситель первого контура в отличие от водяного контура в КРБНС;

- повысить пожаробезопасность АЭС, так как в отличие от КРБН исключено взаимодействие лития с водой;

- уменьшить габариты свинцово-водного теплообменника за счёт гораздо большего коэффициента теплопередаче в нём по сравнению с литий-аргоновым теплообменником;

- исключить разработку и изготовление дорогостоящей высокотемпературной (на 1200 ^°С) газовой турбины, а использовать паровую турбину с температурой входа пара ниже 840 °C;

- использование сплава свинца с висмутом позволит снизить температуру плавления сплава (у чистого свинца - 342 °С, у свинцово - висмутового сплава с процентным содержанием висмута 48-63 % – менее 150 °С). Если процентное содержание висмута другое, то температура плавления сплава повышается;

- улучшить радиационную обстановку около работающего реактора, т.к. свинцово висмутовый сплав – отличная защита от γ-излучения;

-улучшить физические характеристики КРБНС, т.к. свинец и свинцово-висмутовый сплав практически прозрачный для n-излучения.

За счет увеличения температуры теплоносителя первого контура с 1250°С до 1300°С к.п.д. КРБНС увеличится на 3% по сравнению с КРБН.

Конструкция КРБНС позволит удешевить строительство за счет удешевления системы пожаротушения, удешевления турбины, более дешёвого теплоносителя первого и второго контуров.

В КРБН необходимо также предусмотреть с систему улавливания трития, такая установка не нужна в КРБНС. Радиационная обстановка КРБНС существенно улучшается так же за счет отсутствия образования трития, который образуется в КРБН.

Технология литиевого теплоносителя является сложной технологией, и это может привести к снижению надёжности эксплуатации КРБН. Для КРБНС не требуется производить изотопное разделение свинца в отличие от КРБН (литиевый теплоноситель требует изотопное разделение на изотопы Li⁶ и Li⁷).

Высокий коэффициент теплопроводности UN позволит увеличить тепловые нагрузки в твэлах, а также выбранный размер правильных шестигранных призм с длиной стороны основания 8-35мм и высотой боковой грани 8-100 мм в качестве топливных элементов из нитрида урана или смеси нитрида урана и оксидом плутония будет способствовать более низкой стоимости изготовления твэлов и уменьшит потери нейтронов в конструкционных материалах.

Нитрид урана и смешанные нитриды урана и плутония, обладающие рядом благоприятных физических свойств, являются потенциально важными видами ядерного топлива и воспроизводящимися материалами. Они имеют высокую размерную стабильность при облучении и их использование в ядерных реакторах позволяет достигнуть глубокого выгорания и, следовательно, снизить стоимость ядерного топливного цикла. Характерными особенностями простых и смешанных нитридов урана и плутония являются: высокая, по сравнению с оксидами, теплопроводность; повышенная плотность и лучшая способность к удержанию газообразных продуктов деления (ГПД).

Температура топлива из UN является более низкой по сравнению с температурой оксидного топлива при одинаковом объемном энерговыделении, что позволяет уменьшить выделение ГПД в процессе облучения.

Рабочая температура нитридного топлива существенно ниже его допустимой предельной температуры эксплуатации, что приводит к потенциальному увеличению уровня безопасной работы из-за более низкого значения отрицательного эффекта Доплера.

Лучшее удержание ГПД топлива из UN уменьшает количество ГПД в зазоре топливо-оболочка и снижает давление газа под оболочкой твэла.

Более высокая плотность топлива из UN по сравнению с оксидным и карбидным топливом может при более низком обогащении приводить к большим скоростям расширенного воспроизводства, более короткому времени удвоения и большей длительности кампании топлива. Совместимость топлива из UN со свинцовым теплоносителем повышает безопасность работы КРБНС. UN и UPuN не взаимодействует с Pb и Pb-Bi при температуре до 1300^оС («Справочник по свойствам материалов для перспективных реакторных технологий», т.6, Москва, ИздАТ, под общей редакцией д.т.н., профессора В.М.Поплавского, 2014, c. 237).

Существует возможность изготовления твэлов в виде правильных призм. При этом возможно увеличение соотношения «топливо: теплоноситель», а это в свою очередь приведёт к созданию в реакторе более жёсткого спектра нейтронов и соответственно меньшего их «нецелевого» использования, следовательно, коэффициент воспроизводства топлива будет максимальным.

Увеличение размеров топливных элементов, уменьшение зазора для протекания свинца приведёт к увеличению пропорции «топливо: теплоноситель». При применении Pb в качестве теплоносителя, сохранит «быстрый» спектр нейтронов в реакторе. Оптимальные размеры топливных элементов в виде правильных шестигранных призм находятся в диапазоне: длина стороны основания от 8 до 35 мм, а высота боковой грани от 8 мм до 100 мм. Если высота грани менее 8 мм, то это приведет к увеличению количества призм, а призмы с высотой грани более 100 мм не технологичны. Если длина стороны основания призмы менее 8 мм, это приведет к увеличению количества призм, а в призмах с длиной стороны основания более 35 мм будет перегреваться ее центр.

Эффективность использования нейтронов в КРБНС резко возрастает.

Использование КРБНС позволит увеличить глубину выгорания ядерного топлива и довести коэффициент воспроизводства топлива до 1,46.

КРБНС обеспечит новый уровень экологической безопасности за счет многократного снижения объемов отработанного ядерного топлива и радиоактивных отходов. Отходы будут «сжигаться» в КРБНС.

КРБНС позволит увеличить срок службы АЭС до 110 лет, так как керамические композиционные материалы не ржавеют и практически не деградируют при облучении.

Использование свинца или свинцово-висмутового сплава в качестве теплоносителя первого контура позволит поднять температуру теплоносителя на выходе из реактора до 1250°С (температура кипения свинца 1737 °С, лития - 1330°С). Высокая температура кипения свинца 1737°С создает большой запас до кипения (427^оС) даже в случае малоразмерной активной зоны с высокими коэффициентами неравномерности.

Сечение захвата нейтронов у природного лития - 77,6 барн, что существенно больше, чем у природного свинца – 14,5 барн, следовательно коэффициент использования нейтронов у КРБНС будет выше, чем у КРБН.

Допустимые тепловые потоки за счёт высоких теплофизических характеристик свинца практически не ограничивают критические тепловые нагрузки.

Свинец является одноатомным металлом, поэтому проблем радиационных нарушений и образования высокоактивных продуктов в теплоносителе не происходит. Свинец гораздо более инертный материал, чем литий, и не пожароопасный.

Высокая электрическая проводимость свинца позволяет использовать герметичные электронасосы постоянного и переменного тока. Природный свинец в 21 раз дешевле природного лития. А с учетом отсутствия проблемы изотопного разделения (в отличие от литиевого теплоносителя) стоимость свинцового теплоносителя на много порядков меньше, чем Li⁷.

Теплоемкость лития в 27 раз больше теплоемкости свинца при температуре 1400К, а плотность при температуре 1400К в 21 раз меньше, чем свинца, следовательно, произведение этих величин будет примерно одинаково, и равнотолщинные слои будут иметь примерно одинаковый показатель энергоемкости. Для испарения свинца требуется значительное количество энергии, это также повышает безопасность АЭС.

Физические свойства жидкометаллических теплоносителей натрия, лития и свинца приведены в таблице 1.

Таблица 1

Параметры Литий
при 527°С Свинец Свинцово-висмутовый сплав Плотность при 450 °С, кг/м³ 483 10470 10180 Температура, °С
плавления
кипения 180
1330 327,4
1737 124 *
1670
*для эвтектики Теплоемкость при 450 °С, кДж/(кг·К) 4,181 0,155 0,147 Критическая температура, °К 3503 5000 4900 Стоимость 1 тонны, тыс. $ США 49 2,3 2,3

При работе КРБНС вырабатывается водород, кислород, электроэнергия и тепло.

За счет большей химической стойкости деталей реактора к расплаву свинца, чем к расплаву лития возможно увеличение температуры первого контура и, следовательно, высокотемпературный потенциал свинцового теплоносителя позволит выработать водород и кислород путем разложения воды в высокотемпературной установке для получения водорода и кислорода по серно-йодному циклу.

Применение воды во втором контуре значительно уменьшит габариты свинцово-водного теплообменника за счёт гораздо большего коэффициента теплопередаче в нём по сравнению с литий-аргоновым теплообменником и не будет приводить к затруднениям в расхолаживании первого контура в случае аварийного обесточивания АЭС, а также не будет необходимости в разработке высокотемпературной газовой турбины большой мощности и это позволит применить «классическую паровую турбину» с температурой эксплуатации до 840^оС.

Керамические композиционные материалы на основе ингибированных С-SiC и SiC-SiC сохраняют высокую прочность при температурах до 1400°С, радиационно-стойкие, инертные к расплаву свинца.

Для повышения эффективности АЭС предусматривается возможность отопления зданий и сооружений третьим контуром, в качестве теплоносителя которого используется вода.

Поток нейтронов высокой энергии в КРБНС способен эффективно «сжигать» наиболее опасные долгоживущие радионуклиды, образующиеся в отработанном ядерном топливе. Применив замкнутый топливный цикл с выжиганием актинидов и трансмутацией долгоживущих продуктов деления в короткоживущие, можно радикально решить проблему обезвреживания отходов ядерной энергетики и многократно уменьшить объём радиоактивных отходов, подлежащих захоронению.

Переход к быстрым реакторам-бридерам наряду с тепловыми реакторами, а также переход на замкнутый топливный цикл, позволит создать безопасную технологию получения энергии, в полной мере отвечающую требованиям устойчивого развития человеческого общества.

Технико-экономические показатели реакторов КРБН-1000 и КРБНС-1000 приведены в таблице 2.

Таблица 2

Технико-экономические показатели Реактор КРБН-1000 Реактор КРБНС-1000 Коэффициент использования установленной мощности 0,95 0,95 КПД, % 75 78 Поэтапное повышение выгорания МОКС-топлива с достигнутого уровня, % 40% 41% Коэффициент воспроизводства 1,45 1,46 Срок службы реактора, лет 100 110

Разработка КРБНС приведет к решению поставленных целей.

На фигуре приводится общая схема АЭС, которая состоит из реактора 1, твэлов 2, электрического насоса 3, свинцово-водного теплообменника 4, корпуса реактора 5, внутрикорпусных деталей 6, трубопровод первого контура 7, высокотемпературного теплообменника - деструктора серной кислоты 8, низкотемпературного теплообменника - деструктора йодо-водорода 9, бунзеновского реактора 10, выходного трубопровода из деструктора серной кислоты 11, выходного трубопровода из деструктора йодо-водорода 12, входного трубопровода в деструктор серной кислоты 13, входного трубопровода в деструктор йодо-водорода 14, выходного паропровода из свинцово-водного теплообменника 15, паровой турбины 16, генератора 17, холодной части трубопровода второго контура 18, паро-водяного теплообменника 19, электрического насоса второго контура 20, трубопровода третьего контура 21, насоса для циркуляции воды в третьем контуре 22.

Работает АЭС с керамическим реактором на быстрых нейтронах следующим образом. Уран 238 и плутоний расщепляются при поглощении быстрых нейтронов в правильных шестигранных призмах из нитрида урана или смеси нитрида урана с нитридом и оксидом плутония, при этом выделяется энергия (температура призм около 1550°С в центре и 1350°С на периферии). Затем нагреваются стенки твэлов 2, изготовленные из материала на основе ингибированного композиционного керамического материала на основе С-SiC или ингибированного керамического материала на основе SiC-SiC, до температуры около 1300°С. Далее тепло передаётся к жидкому свинцу или свинцово-висмутовому сплаву - теплоносителю первого контура, который нагревается до температуры 1250°С. Жидкий свинец или свинцово-висмутовый сплав перекачивается электрическим насосом 3 к высокотемпературному теплообменнику - деструктору серной кислоты 8, затем к низкотемпературному теплообменнику - деструктору йодо-водорода 9, затем в свинцово-водный теплообменник 4 и обратно в реактор 1. В деструкторе серной кислоты происходит деструкция серной кислоты и образования оксида серы, воды и кислорода, в деструкторе йодоводородной кислоты происходит деструкция йодоводорода на йод, воду и водород. В бунзеровском реакторе происходит синтез серной и йодоводородной кислоты.

Корпус реактора 5, внутрикорпусные детали 6, трубопровод первого контура 7, высокотемпературный теплообменник - деструктор серной кислоты 8, низкотемпературный теплообменник- деструктор йодо-водорода 9, бунзеновский реактор 10, выходной трубопровод из деструктора серной кислоты 11, выходной трубопровод из деструктора йодо-водорода 2, входной трубопровод в деструктор серной кислоты 13, входной трубопровод в деструктор йодо-водорода 14, выходной паропровод из свинцово-водного теплообменника 15, свинцово-водный теплообменник 4 изготовлены из материалов на основе ингибированного композиционного керамического материала на основе С-SiC или ингибированного керамического материала на основе SiC-SiC.

В свинцово-водном теплообменнике 15 свинец передаёт тепло воде, которая нагревается до температуры 840°С и по выходному паропроводу из свинцово-водного теплообменника подаётся в паровую турбину 16, где она отдаёт энергию турбине, при этом генератором 17 вырабатывается электроэнергия. Затем вода по холодной части трубопровода второго контура 18 направляется в паро-водный теплообменник 19, где она нагревает воду до 90°С. Затем вода перекачивается электрическим насосом 20 и снова попадает в свинцово-водяной теплообменник 4, где она снова нагревается, и по трубопроводам третьего контура 21 подаётся на отопление зданий и сооружений. Паро-водяной теплообменник и трубопроводы третьего контура изготавливаются из металла. После передачи тепла зданиям и сооружениям вода с помощью электрического насоса 22 возвращается в паро-водяной теплообменник для повторного нагревается, при необходимости, возможно, добавлять воду в третий контур для компенсации её потерь.

Таким образом, оптимальное сочетание референтных и новых решений и возможность расширенного воспроизводства топлива позволяют отнести проект КРБНС-1000 к ядерным технологиям четвертого поколения.

Изобретение относится к атомной электростанции. Электростанция включает керамический ядерный реактор на быстрых нейтронах с топливом из нитрида урана или его смеси с нитридом и оксидом плутония, корпус реактора, твэлы с чехлами, внутрикорпусные детали, генератор, теплообменники, циркуляционные насосы с трубопроводами первого, второго, имеющего горячую часть, и третьего контуров, высокотемпературную установку для получения водорода и кислорода по серно-йодному циклу и свинцово-водный теплообменник. Чехлы твэлов, внутрикорпусные детали, трубопроводы первого контура, горячая часть трубопроводов второго контура, теплообменники, а также установка для получения водорода и кислорода и свинцово-водный теплообменник изготовлены из ингибированного композиционного керамического материала на основе C-SiC или ингибированного керамического материала на основе SiC-SiC. В качестве теплоносителей первого контура используется свинец или свинцово-висмутовый сплав с содержанием висмута от 48 до 63%, а второго контура - вода. Топливные элементы имеют форму правильных шестигранных призм с длиной стороны основания от 8 до 35 мм и высотой боковой грани от 8 до 100 мм. Техническим результатом является повышение безопасности АЭС в случае ее аварийного обесточивания при увеличении ресурса работы. 2 ил., 2 табл.

Атомная электростанция с керамическим реактором на быстрых нейтронах, включающая ядерный реактор с топливом из нитрида урана или смеси нитрида урана с нитридом и оксидом плутония, корпус реактора, твэлы с чехлами, внутрикорпусные детали, генератор, теплообменники, насосы для обеспечения циркуляции жидкого теплоносителя через теплообменники с трубопроводами первого, второго, имеющего горячую часть, и третьего контуров, при этом корпус реактора, чехлы твэлов, внутрикорпусные детали, трубопроводы первого контура, горячая часть трубопроводов второго контура, теплообменники изготовлены из ингибированного композиционного керамического материала на основе C-SiC или ингибированного керамического материала на основе SiC-SiC, отличающаяся тем, что в качестве теплоносителя первого контура используется свинец или свинцово-висмутовый сплав с содержанием висмута от 48 до 63%, в качестве теплоносителя второго контура используется вода, топливные элементы имеют форму правильных шестигранных призм с длиной стороны основания от 8 до 35 мм и высотой боковой грани от 8 до 100 мм, при этом электростанция дополнительно содержит высокотемпературную установку для получения водорода и кислорода по серно-йодному циклу и свинцово-водный теплообменник, изготовленные из ингибированного композиционного керамического материала на основе C-SiC или ингибированного керамического материала на основе SiC-SiC.