Группа специалистов индийского центра атомных исследований (IGCAR) имени
Индиры Ганди провела в 2021 году расчётно-экспериментальные исследования
поведения натрия при гипотетической запроектной аварии на строящемся
быстром натриевом реакторе PFBR.
Рассматривалась гипотетическая авария с разрушением активной зоны
(hypothetical core disruptive accident, HCDA).
В условиях нормальной эксплуатации PFBR не предполагается попадание
натрия первого контура в здание контейнмента
(Reactor Containment Building,
RCB).
Однако при аварии HCDA из-за отказа механических уплотнений натрий может
просочиться в здание RCB через отверстия большой и малой поворотных
пробок
в верхней плите реактора (roof
slab).
Так, через большую пробку теоретически может вытечь примерно 102 кг натрия
(путь 1 на рисунке ниже). Вытекщий натрий может распространиться по
площади до 75 м2.
Отверстия в верхней плите заполнены изоляционным материалом "Rockwool".
Сверху они прикрыты пластиной из углеродистой стали.
Во время аварии HCDA выталкиваемый из главного корпуса реактора натрий
взаимодействует с материалом изоляции, а также с кислородом. Энергия,
выделяющаяся при сгорании натрия, может повышать температуру верхней
плиты и, следовательно, давление в здании RCB.
Поскольку сгорание радиоактивного натрия определяет количество и
изотопный состав материала в выбросе
(source term) в здании RCB,
фактический прогноз количества выбрасываемого натрия и его сжигания очень
важен для анализа последствий аварии HCDA.
Специалисты центра IGCAR выполнили ряд экспериментов на уменьшенной
модели, имитирующей выход натрия первого контура при аварии HCDA. Площадь
растекания натрия в модели составляла 1,13 м
2.
Первая серия экспериментов была выполнена на воде. С её помощью было
подобрано давление, необходимое для обеспечения нужного расхода натрия в
следующих сериях экспериментов, а также определены позиции для установки
термопар.
В следующих сериях экспериментов натрий в баке, имитировавшем корпус
реактора, нагревался до 550°C, после чего в баке на протяжении 0,6 с
создавалось давление 2,46 бар и происходило выдавливание порции натрия
через моделируемый путь выхода в здание RCB. Изучалось влияние изоляции и
других возможных параметров и конфигураций.
Вытекший натрий в эксперименте без изоляции
По итогам расчётно-экспериментальной программы индийские специалисты
сформулировали благоприятные выводы для PFBR.
Прежде всего, они подтвердили, что натрий успеет значительно охладиться до
попадания в здание RCB (самая высокая измеренная выходная температура
натрия в экспериментах была 144°C).
Также они показали, что температуры и масса вытекшего натрия, измеренные в
экспериментах, были всегда меньше расчётных значений. Следовательно,
расчётные значения параметров при аварии HCDA, заложенные в обоснование
безопасности реактора PFBR, консервативны, и это работает в запас
безопасности.
"Во время аварии HCDA не ожидается значительного сжигания выбрасываемого
натрия", - сформулировали в заключение своей работы индийские специалисты.
