Energetyka jądrowa
Reaktory zaawansowane gazowo-grafitowe AGR
Zastąpienie koszulki magnoksowej koszulką ze stali nierdzewnej lub Zircaloyu w reaktorze chłodzonym gazem GCR pozwala podwyższyć temperaturę CO2 na wyjściu z rdzenia do ok. 650°C i zastosować turbiny o parametrach typowych dla elektrowni konwencjonalnych. Pogarsza to jednak bilans neutronów, co wymaga wzbogacenia uranu do 2 - 3%. Reaktory te, oznaczone symbolem AGR stanowią drugie pokolenie energetycznych reaktorów gazowo-grafitowych. Wdrożone zostały w kilku elektrowniach brytyjskich, z których pierwszą była dwureaktorowa elektrownia Dungeness o mocy elektrycznej 1230 MW. W elektrowniach tych temperatura CO2 na wylocie z rdzenia wynosi 645°C, ciśnienie w obiegu pierwotnym 4,3 MPa. W wytwornicy uzyskuje się parę przegrzaną do obiegu wtórnego o ciśnieniu 16 MPa i temperaturze 565°C, co umożliwia zastosowanie typowych, sprawdzonych w elektrowniach konwencjonalnych, urządzeń obiegu wtórnego.
Rdzeń reaktora o średnicy 9,1 m i wysokości 8,3 m jest umieszczony w cylindrycznym zbiorniku z betonu sprężonego o średnicy wewnętrznej 18,9 m, wysokości 17,7 m i grubości ściany 5,0 m. Osiągana głębokość wypalenia - 18 MWd/kg (1,55 TJ/kg). Dzięki dużej ogólnej sprawności elektrowni z reaktorami AGR, wynoszącej ok. 41%, koszty produkcji energii elektrycznej są najmniejsze spośród wszystkich typów elektrowni eksploatowanych w W. Brytanii.
Reaktor HTGR
Trzecim pokoleniem reaktorów gazowo-grafitowych, będących jednocześnie wynikiem dalszego ich rozwoju w sensie znacznego podwyższenia temperatury chłodziwa na wylocie z reaktora są reaktory wysokotemperaturowe HTGR. Paliwem w reaktorach HTGR jest wysoko wzbogacony (do 93%) uran w postaci węglika uranu UC2, który tworzy mieszaninę z węglikiem toru ThC2, jako materiałem paliworodnym. Paliwo jest w postaci granulek o średnicy ułamka milimetra pokrytych kilkoma warstwami: porowatego grafitu pirolitycznego, litego grafity, pirolitycznego, węglika krzemu i znów litego grafitu, spełniających funkcję koszulki. Granulki te są zaprasowane w matrycy grafitowej w formie cylindrów (wersja w USA) lub kul (wersja w RFN).
Temperatury panujące w rdzeniu (do 1100°C) powodują, że funkcję materiałów konstrukcyjnych spełnia grafit, który jest jednocześnie moderatorem i reflektorem neutronów. Jako chłodziwo jest stosowany obojętny chemicznie hel, charakteryzujący się dobrymi właściwościami odprowadzania ciepła.
Wytrzymałość mechaniczna grafitu (zwiększająca się ze wzrostem temperatury), mała aktywność helu i duży ujemny współczynnik temperaturowy reaktywności zapewniają wysoki stopień bezpieczeństwa reaktora. W reaktorze są cztery bariery dla wydostania się (w przypadku awarii) promieniotwórczych substancji do otoczenia: pirowęglowe pokrycie granulek, grafitowa matryca z powłoką z gęstego grafitu, blok reaktora z betonu sprężonego i obudowa bezpieczeństwa. Ma to istotne znaczenie w związku z perspektywą wykorzystania reaktorów HTGR w kompleksowej gospodarce energetycznej (np. wytop surówki, synteza chemiczna zgazowanie węgla, produkcja energii elektrycznej), co wiąże się z lokalizacją ich w pobliżu miast i zakładów przemysłowych.
Prototypowa elektrownia Schmehausen (RFN) z reaktorem THTR (ang. Thorium High Temperature Reactor), o mocy elektrycznej 300 MW jest dwuobiegowa: obieg pierwotny - helowy, umieszczony w zbiorniku z betonu sprężonego, obieg wtórny - parowo-wodny. Rdzeń tzw. usypany składa się z 675 000 kuł paliwowych o średnicy ok. 60 mm, umieszczonych w grafitowym pojemniku, stanowiącymi jednocześnie reflektor neutronów. Wymiana wypalonych kuł, przemieszczających się powoli w dół, zachodzi w sposób ciągły podczas pracy reaktora. Temperatura helu na wylocie z rdzenia wynosi 750°C, ciśnienie w obiegu pierwotnym 3,9 MPa.| Para przegrzana otrzymywana w sześciu wytwornicach ma parametry 17,7 MPa, 530°C. Osiągane wypalenie - 113 MWd/kg (9,76 TJ/kg).
Oprócz wykorzystania reaktorów HTGR w układach dwuobiegowych, rysuje się możliwość ich zastosowania w jednoobiegowych elektrowniach z turbinami gazowymi (helowymi). Zastosowanie wysokotemperaturowej turbiny helowej pozwoli znacznie uprościć układ elektrowni i zwiększyć jej sprawność do ok. 45%.
Rdzeń reaktora o średnicy 9,1 m i wysokości 8,3 m jest umieszczony w cylindrycznym zbiorniku z betonu sprężonego o średnicy wewnętrznej 18,9 m, wysokości 17,7 m i grubości ściany 5,0 m. Osiągana głębokość wypalenia - 18 MWd/kg (1,55 TJ/kg). Dzięki dużej ogólnej sprawności elektrowni z reaktorami AGR, wynoszącej ok. 41%, koszty produkcji energii elektrycznej są najmniejsze spośród wszystkich typów elektrowni eksploatowanych w W. Brytanii.
Reaktor HTGR
Trzecim pokoleniem reaktorów gazowo-grafitowych, będących jednocześnie wynikiem dalszego ich rozwoju w sensie znacznego podwyższenia temperatury chłodziwa na wylocie z reaktora są reaktory wysokotemperaturowe HTGR. Paliwem w reaktorach HTGR jest wysoko wzbogacony (do 93%) uran w postaci węglika uranu UC2, który tworzy mieszaninę z węglikiem toru ThC2, jako materiałem paliworodnym. Paliwo jest w postaci granulek o średnicy ułamka milimetra pokrytych kilkoma warstwami: porowatego grafitu pirolitycznego, litego grafity, pirolitycznego, węglika krzemu i znów litego grafitu, spełniających funkcję koszulki. Granulki te są zaprasowane w matrycy grafitowej w formie cylindrów (wersja w USA) lub kul (wersja w RFN).
Temperatury panujące w rdzeniu (do 1100°C) powodują, że funkcję materiałów konstrukcyjnych spełnia grafit, który jest jednocześnie moderatorem i reflektorem neutronów. Jako chłodziwo jest stosowany obojętny chemicznie hel, charakteryzujący się dobrymi właściwościami odprowadzania ciepła.
Wytrzymałość mechaniczna grafitu (zwiększająca się ze wzrostem temperatury), mała aktywność helu i duży ujemny współczynnik temperaturowy reaktywności zapewniają wysoki stopień bezpieczeństwa reaktora. W reaktorze są cztery bariery dla wydostania się (w przypadku awarii) promieniotwórczych substancji do otoczenia: pirowęglowe pokrycie granulek, grafitowa matryca z powłoką z gęstego grafitu, blok reaktora z betonu sprężonego i obudowa bezpieczeństwa. Ma to istotne znaczenie w związku z perspektywą wykorzystania reaktorów HTGR w kompleksowej gospodarce energetycznej (np. wytop surówki, synteza chemiczna zgazowanie węgla, produkcja energii elektrycznej), co wiąże się z lokalizacją ich w pobliżu miast i zakładów przemysłowych.
Prototypowa elektrownia Schmehausen (RFN) z reaktorem THTR (ang. Thorium High Temperature Reactor), o mocy elektrycznej 300 MW jest dwuobiegowa: obieg pierwotny - helowy, umieszczony w zbiorniku z betonu sprężonego, obieg wtórny - parowo-wodny. Rdzeń tzw. usypany składa się z 675 000 kuł paliwowych o średnicy ok. 60 mm, umieszczonych w grafitowym pojemniku, stanowiącymi jednocześnie reflektor neutronów. Wymiana wypalonych kuł, przemieszczających się powoli w dół, zachodzi w sposób ciągły podczas pracy reaktora. Temperatura helu na wylocie z rdzenia wynosi 750°C, ciśnienie w obiegu pierwotnym 3,9 MPa.| Para przegrzana otrzymywana w sześciu wytwornicach ma parametry 17,7 MPa, 530°C. Osiągane wypalenie - 113 MWd/kg (9,76 TJ/kg).
Oprócz wykorzystania reaktorów HTGR w układach dwuobiegowych, rysuje się możliwość ich zastosowania w jednoobiegowych elektrowniach z turbinami gazowymi (helowymi). Zastosowanie wysokotemperaturowej turbiny helowej pozwoli znacznie uprościć układ elektrowni i zwiększyć jej sprawność do ok. 45%.