Улучшенные реакторы с газовым охлаждением (AGR)

Малая объемная плотность энерговыделения, низкие рабочие температуры и давления в АЭС с реактором и Magnox привели к разработке в Великобритании улучшенной конструкции реактора – AGR.

Как и реакторы типа Magnox, реакторы AGR используют углекислый газ в качестве теплоносителя, но давление его не превышает 4 МПа, а температура на выходе из активной зоны – 650ºС. Чтобы достичь этих повышенных параметров, пришлось пойти на радикальные изменения в конструкции топливного элемента. Топливо заменено на диоксид урана, таблетки из которого помещены в тонкостенные трубки из нержавеющей стали с небольшим оребрением внешней поверхности. Высокие температуры потребовали использование нержавеющей стали в качестве материала оболочки. Такая оболочка является сильным поглотителем нейтронов, по сравнению со сплавом Magnox. Поэтому пришлось пойти на обогащение урана в топливе до 2,3% ²³⁵U. Конструкционно реакторы AGR аналогичны реакторам Magnox в области газовой циркуляционной системы. Парогенераторы помещаются внутри корпуса из предварительно напряженного бетона. Поскольку углекислый газ в реакторах AGR имеет высокую температуру, парогенераторы могут быть спроектированы таким образом, чтобы производить пар с параметрами, характерными для наиболее эффективных электростанций на ископаемом топливе, т.е. при давлении 17 МПа и температуре 560ºС. В результате этого, эффективность парового цикла AGR достигает 40%, что является наивысшей эффективностью для функционирующих в настоящее время ядерных реакторов.

Средняя объемная плотность энерговыделения в реакторах AGR почти в 3 раза выше, чем у реакторов Magnox. Среднее энерговыделение топлива тоже выше, примерно в 4 раза. Из этого следует, что конструкция реактора AGR компактная и экономичная. Тем не менее есть ряд технических проблем реакторов этого типа, которые должны быть решены. Одной из них является реакция углекислого газа с графитом в условиях высоких температур и радиационных полей, в результате которой образуется оксид углерода:

CO₂ + C→2CO.

Наличие CO может вызвать коррозию графита и уменьшить его прочность. Установлено, что строгий контроль за содержанием оксида углерода и водяных паров в теплоносителе, а, также добавление в него малых количеств метана, уменьшает скорость этой реакции и снижает угрозу окисления графита. Однако слишком высокие концентрации метана и оксида углерода в теплоносителе могут привести к осаждению углерода на поверхностях топливных элементов, что ухудшает условия теплопереноса из-за снижения турбулентности потока, связанной с оребрением оболочки.