Реактор с органическим теплоносителем

Реа́ктор с органи́ческим теплоноси́телем — ядерный реактор, использующий в качестве теплоносителя органические жидкости (газойль, дифенильная смесь и пр.), имеющие хорошие замедляющие свойства и высокую температуру кипения при атмосферном давлении.

Преимущества

• Низкое давление в первичном контуре существенно упрощает конструкцию реактора. Так, для примерно равных параметров пара во вторичном контуре (р = 30 атм) давление в реакторе с органическим теплоносителем может составлять порядка 2-3 атм (когда используется вода, реактор должен находиться под давлением ~ 160 атм).
• Из-за химической инертности органических жидкостей к металлам упрощается проблема подбора покрытий для тепловыделяющих элементов. В реакторе с органическим теплоносителем тепловыделяющие элементы имеют алюминиевые покрытия с максимально допустимой температурой на их поверхности 400 °C. При той же температуре и водной среде тепловыделяющие элементы необходимо покрывать цирконием, так как алюминиевые покрытия при охлаждении водой могут использоваться до температуры на поверхности элементов не свыше 300 °C.

Недостатки

• Температура плавления рекомендуемых в настоящее время органических теплоносителей выше температуры окружающей среды. Это вынуждает снабжать коммуникационные линии и оборудование специальными подогревательными устройствами.
• Термическая и радиационная нестойкость. При высокой температуре и под действием излучения органические жидкости распадаются или образуют более сложные вязкие органические соединения. Для очистки органической жидкости от примесей в первый контур должны входить очистительные устройства, что усложняет энергетическую установку. Поэтому органические жидкости пока ещё редко используются в реакторостроении.

Используемые вещества

Ароматические вещества имеют более высокую сопротивляемость к радиационным воздействиям, чем алифатические. Из числа опробованных органических жидкостей наиболее стабильными в условиях повышенных температур и радиоактивного облучения оказались некоторые из полифенилов. В таблице приведены свойства органических жидкостей, рекомендованных для использования в реакторной технике.

	Дифенил C6H5—C6H5	Смесь изомеров трифенила	Трифенил
			o	m	p
Температура плавления, °C	69	60—145	50—55	78—85	200—215
Температура кипения, °C	255	364—418	330—341	368—378	381—388
Давление паров при 325 °C, ата	3,7	0,4	0,8	0,4	0,3
Давление паров при 425 °C, ата	15	2,0	3,4	2,0	1,5
Относительная стоимость	0,33	0,37	1,98	3,05	1,98
Скорость полимеризации при 225 °C, кг/кВт·ч (тепловая энергия)	0,27	0,23	0,27	0,23	0,16

Перспективы

Из-за перечисленных недостатков, на практике такие реакторы никогда не применялись. В 1960-е в СССР и в США было создано несколько экспериментальных конструкций, тогда же органические теплоносители испытывались в специальных каналах реакторов ВВЭР и МИР-М1 (петля ПО-1в реакторе МИР-М1 работала до конца 80-х годов). Существовал также проект мобильного реактора «Арбус» небольшой мощности, который мог монтироваться на новой площадке за 2—3 месяца. Впоследствии реконструирован в атомную станцию теплоснабжения АСТ-1 (до 5 МВт). В качестве теплоносителя использовался дитолилметан. Остановлен в 1988 году и сейчас выведен из эксплуатации. Снято все оборудование, демонтирована активная зона. Само здание используется для других нужд. Проект себя не оправдал из-за малого срока работы до перезагрузки (не более 6 месяцев), что недостаточно для отопительного периода. Проблема заключается в закоксовывании ТВЭЛов продуктами органики. Никакими способами, кроме перегонки, не удалось добиться очистки теплоносителя. В петле ПО-1 достигнута работа больше года, но там теплоноситель полностью менялся каждые 1-2 месяца, что совершенно неприемлемо для промышленного реактора. Очень пожароопасен и токсичен с химической точки зрения. Реакторы МИР-М1 и демонтированный реактор АСТ-1 находятся в г. Димитровград (НИИАР)

Литература

• Петунин В. П. Теплоэнергетика ядерных установок М.: Атомиздат, 1960.
• Левин В. Е. Ядерная физика и ядерные реакторы. 4-е изд. — М.: Атомиздат, 1979.
• Климов А. Н. Ядерная физика и ядерные реакторы. — М.: Атомиздат, 1971.