Натрий жылутасығышы бар шапшаң нейтрондардағы жапондық реактор (EAGLE) жобасының қауіпсіздігін қолдаудағы зерттеулер кешені

№ 3 жоба. 1995–2022 ж.ж. Натрий жылутасығышы бар шапшаң нейтрондардағы жапондық реактор (EAGLE) жобасының қауіпсіздігін қолдаудағы зерттеулер кешені

Қазақстан Республикасының Ұлттық ядролық орталығының атом энергиясын дамыту саласындағы жұмыстарында шапшаң нейтрондардағы жапондық SFR (Sodium Fast Reactor) реакторының қауіпсіздігін дәлелдеуге бағытталған зерттеулер маңызды орын алады. ҚР ҰЯО өз қызметі барысында бірқатар жобаларды іске асырды және ең ірі жобалардың бірі – 1998 жылдан бастап жапондық ұйымдармен бірлесіп іске асырылатын EAGLE (Experimental Acquisition of Generalized Logic to Eliminate re-criticalities) жобасы.

SFR реакторы тұйық отын циклімен жақын арадағы болашақ энергетиканың кең ауқымды міндеттерін орындауға бағытталған. Авариялық жағдайда қайталама қауіптіліктің туындауын болдырмауды қамтамасыз ететін актив аймақ материалдары балқымасын шығару жүйесін пайдалану инновациялық ерекшеліктердің бірі болып табылады. Бұл үшін FAIDUS (Fuel Assembly with In-Duct Structur) типті әрбір ЖБЖ ішінде балқыманың бір бөлігін актив аймақтан тыс жерге жылжытуды қамтамасыз ететін болат арналар орнатылған. Балқыманың бөліктерге бөлінуі қайталама қауіптіліктің пайда болу ықтималдығын азайтады. Бұдан басқа, авария одан әрі дамыған жағдайда балқыманың жаңадан пайда болған массасының бір бөлігі реакторды реттеу өзектерінің құбырлары арқылы жылжуы мүмкін.

EAGLE жобасы авария кезінде балқымалардың жылжуы үшін жүйелердің жұмысқа қабілеттілігін зерттеуге бағытталған. Жоба бойынша жұмыстардың басынан бастап екі тарапқа да сенімді нәтижелерге қол жеткізу үшін авариямен бірге жүретін процестерді жан-жақты зерттеу қажет екендігі түсінікті болды. Бұл зерттеулердің бір бөлігі реактордан тыс эксперименттерде жасалды, жалпы көріністі алу үшін реакторлық эксперименттер қажет.

EAGLE жобасын іске асыру кезең-кезеңмен жүргізілді:

1996–2006 жж. EAGLE-1 жобасы. ЖБЖ-да орнатылған ішкі құбыр арқылы актив аймақтан натрий жылу тасығышы бар шапшаң реактордың төменгі пленумына балқытылған отынның басқарылатын жылжу тұжырымдамасының іске асырылуын растауға арналған эксперименттік зерттеулер (реакторлық және реактордан тыс эксперименттер).

2007–2012 жж. Актив аймақ балқымасының бақыланатын жоғары қарай жылжу мүмкіндігіне реакторішілік зерттеулер жүргізу. Натрийлі бассейнде балқыманың фрагментациясын зерделеу бойынша реактордан тыс эксперименттер жүргізу.

2014 ж. post-EAGLE-2 жобасы. EAGLE-3 жобасының техникалық-экономикалық негіздемесін жүргізу.

EAGLE-1 және EAGLE-2 бағдарламаларында сыналған эксперименттік құрылғыларды эксперименттен кейінгі материалтану зерттеулерін жүргізу.

2015–2022 жж. EAGLE-3 жобасы. Реактордың БҚЖ жүйесін реттеу өзектерінің бағыттаушы құбырлары арқылы отынның жылжу мүмкіндігін зерттеу; салқындатқыш натрийдің шектеулі мөлшері кезінде онда қалдық энергия бөлінуі болған кезде балқыманы салқындату процестерін зерделеу.

Жобаның барлық кезеңдері ойдағыдай іске асырылды, соның ішінде бүгінгі таңда EAGLE-3 жобасында қарастырылған барлық реактордан тыс эксперименттік зерттеулердің бағдарламасы орындалды.

Жүргізілген эксперименттер нәтижесінде ішкі құбырдың балқу уақытының оның қалыңдығына тәуелділігі, осы құбыр арқылы балқыманың жылжу жылдамдығы анықталып, балқыманың реактордың актив аймағының астындағы қуысқа жылжу мүмкіндігі расталды. Бұдан басқа, сұйық натриймен әрекеттескеннен кейінгі балқыманың физика-химиялық құрамы туралы эксперименттік деректер алынды.

Барлық жұмыстардың маңызды бөлігі реакторлық, сол сияқты реактордан тыс негізгі эксперименттерден кейін жүргізілетін зерттеулер болды. Эксперименттен кейінгі зерттеулердің басым бөлігі радиациялық-қорғау камерасымен жабдықталған «Байкал-1» ЗРК-де жүргізіледі. EAGLE жобасының бірінші бөлігінің нәтижелері кейінгі зерттеулердің ұтымды бағытын анықтауға мүмкіндік берді. Реактордан тыс бөлікте ағызу құбырының шығуындағы балқыма ағынының ыдырау процестері және тұтқыштағы балқыма фрагментациясы зерттелді, реакторлық зерттеулерде сұйық натрий толтырылған арна арқылы актив аймақ материалдарының балқымасын реактордың актив аймағының үстіндегі қуысқа шығару мүмкіндігі көрсетілген интегралды көрсету эксперименттері жүргізілді. Сұйық натрий толтырылған арнаның болат қабырғасы арқылы болат балқымасынан жылу ағынының шамасы анықтау үшін ұқсас екі эксперимент жүргізілді. Осы эксперименттердегі бастапқы деректердің айырмашылығы жалпы нәтиженің жоғары сенімділігін қамтамасыз етеді. Эксперименттік бағдарламаның үшінші бөлігінде үш реакторлық эксперимент қарастырылған. Реттеу өзегінің бағыттаушы құбыры арқылы балқыманы ағызу мүмкіндігін зерттеуге және актив аймақ материалдарының шектеулі мөлшердегі жылу тасымалдағышқа жылжуымен болатын ауыр аварияның соңғы кезеңін зерттеуге және балқымада қалдық энергия бөлінуі болған кезде оны салқындатуға негізгі көңіл бөлінген. Осы уақытқа дейін екі реакторлық эксперимент жүргізілді.

Бүгінгі таңда ИГР ЗРК-де эксперименттік құрылғыны құрастыру аяқталды және реттеу өзегінің демпфермен жабдықталған бағыттаушы құбыры арқылы актив аймақ материалдары балқымасының жылжуын зерттеу бойынша қорытынды реакторлық эксперимент жүргізуге дайындық жүргізілуде.