Свинец-висмут эвтектический или LBE представляет собой эвтектический сплав из свинца (44,5%) и висмута (55,5%) , используемого в качестве хладагента в некоторых ядерных реакторах , и является предлагаемой охлаждающей жидкостью для СВБР , часть реактора IV поколения инициатива. Он имеет температуру плавления 123,5 ° C / 255,3 ° F (чистый свинец плавится при 327 ° C / 621 ° F, чистый висмут при 271 ° C / 520 ° F) и точку кипения 1670 ° C / 3038 ° F.
Свинцово-висмутовые сплавы с содержанием висмута от 30% до 75% имеют температуру плавления ниже 200 ° C / 392 ° F. Сплавы с содержанием висмута от 48% до 63% имеют температуру плавления ниже 150 ° C / 302 ° F.[1] В то время как свинец слегка расширяется при плавлении, а висмут слегка сжимается при плавлении, LBE имеет незначительное изменение объема при плавлении.
История [ править ]
Советские подводные лодки класса «Альфа» использовали LBE в качестве теплоносителя для своих ядерных реакторов на протяжении всей холодной войны . [2]
Русские являются признанными экспертами в свинец-висмут теплоносителем, с ОКБ Гидропресс (российскими разработчиками ВВЭР - типа легководных реакторов ) , имеющих специальные знания в их развитии. СВБР-75/100, современная конструкция этого типа, является одним из примеров обширного российского опыта использования этой технологии. [3]
Gen4 Energy (ранее Hyperion Power Generation ), американская компания, связанная с Лос-Аламосской национальной лабораторией , объявила в 2008 году о планах по разработке и развертыванию небольшого модульного реактора, работающего на нитриде урана, охлаждаемого свинцово-висмутовой эвтектикой, для промышленного производства электроэнергии, централизованного теплоснабжения и опреснение . Предлагаемый реактор, называемый Gen4 модулем, запланирован как 70 МВт - й реактор герметичного модульного типа, на завод и транспортируют к месту для установки и транспортируются обратно на завод для дозаправки. [4]
Преимущества [ править ]
По сравнению с жидкометаллическими теплоносителями на основе натрия, такими как жидкий натрий или NaK , теплоносители на основе свинца имеют значительно более высокие точки кипения , что означает, что реактор может эксплуатироваться без риска кипения теплоносителя при гораздо более высоких температурах. Это улучшает термический КПД и потенциально может позволить производство водорода с помощью термохимических процессов.
Свинец и LBE также не реагируют легко с водой или воздухом, в отличие от натрия и NaK, которые самопроизвольно воспламеняются на воздухе и взрывчато реагируют с водой. Это означает, что реакторы со свинцовым или LBE-охлаждением, в отличие от конструкций с натриевым охлаждением, не нуждаются в промежуточном контуре теплоносителя, что снижает капитальные вложения, необходимые для установки.
И свинец, и висмут также являются отличной защитой от излучения , блокируя гамма-излучение, и в то же время практически прозрачны для нейтронов . Напротив, натрий образует мощный гамма-излучатель натрия-24 ( период полураспада 15 часов) после интенсивного нейтронного излучения , что требует большой радиационной защиты для первичного контура охлаждения.
В качестве тяжелых ядер свинец и висмут могут использоваться в качестве мишеней для расщепления для получения нейтронов, не связанных с делением, как в ускорительной трансмутации отходов (см. Усилитель энергии ).
Охлаждающие жидкости на основе свинца и натрия имеют преимущество относительно высоких температур кипения по сравнению с водой, что означает, что нет необходимости создавать давление в реакторе даже при высоких температурах. Это повышает безопасность, поскольку резко снижает вероятность аварии с потерей теплоносителя и позволяет создавать пассивно безопасные конструкции.
Ограничения [ править ]
Свинец и теплоноситель LBE более агрессивны для стали, чем натрий, и это устанавливает верхний предел скорости потока теплоносителя через реактор из соображений безопасности. Кроме того, более высокие температуры плавления свинца и LBE (327 ° C и 123,5 ° C соответственно) могут означать, что затвердевание теплоносителя может быть большей проблемой, когда реактор работает при более низких температурах.
Наконец, при нейтронном излучении висмут-209 , основной стабильный изотоп висмута, присутствующий в теплоносителе LBE, подвергается нейтронному захвату и последующему бета-распаду , образуя полоний-210 , мощный альфа-излучатель . Присутствие радиоактивного полония в теплоносителе потребует специальных мер предосторожности для контроля альфа-загрязнения во время перегрузки реактора и обращения с компонентами, контактирующими с LBE. [5]
См. Также [ править ]
- Подкритический реактор (система с ускорителем)
Ссылки [ править ]
- ^ http://www.nea.fr/html/science/reports/2007/pdf/chapter2.pdf Справочник по свинцово-висмутовым эвтектическим сплавам и свойствам свинца
- ^ Бугреев, MI (2002). «Оценка отработавшего топлива атомных подводных лодок класса« Альфа »». MRS Proceedings . 713 . DOI : 10,1557 / PROC-713-JJ11.61 .
- ^ Зродников, А.В.; Григорьев, О.Г .; Читайкин В.И.; Дедул, А.В.; Громов Б.Ф .; Тошинский, Г.И.; Драгунов, Ю. Г. (май 2003 г.). «Многоцелевой малый быстрый реактор СВБР-75/100, охлаждаемый свинцом-висмутом». Энергетические реакторы и подкритические системы бланкетов со свинцом и свинцом-висмутом в качестве теплоносителя и / или целевого материала (PDF) . МАГАТЭ TECDOC. 1348 . Вена, Австрия: Международное агентство по атомной энергии. С. 117–132. ISBN 92-0-101503-8. Проверено 4 декабря 2009 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ «Модуль Gen4, Безопасность и защита» . Проверено 25 июн 2012 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ Долгоживущие радионуклиды натрия, свинца-висмута и свинцового теплоносителя в реакторах на быстрых нейтронах.
Внешние ссылки [ править ]
