Dragon был экспериментальным высокотемпературным газоохлаждаемым реактором в Уинфрите в Дорсете , Англия, эксплуатируемым Управлением по атомной энергии Соединенного Королевства (UKAEA). Его целью было испытание топлива и материалов для Европейской программы высокотемпературных реакторов, которая изучала использование трехструктурно-изотропного (TRISO) охлаждения топлива и газа для будущих высокоэффективных конструкций реакторов. Проект был построен и управлялся как международный проект Организации экономического сотрудничества и развития / Агентства по ядерной энергии . Всего в его проектировании и эксплуатации в течение срока службы проекта участвовало 13 стран.
Первоначально задуманный как небольшой исследовательский реактор, на этапе проектирования он стал больше. Выбор гелиевого охладителя был сделан после долгих дебатов в UKAEA между сторонниками гелия и углекислого газа , в конечном итоге был выбран гелий. Закладка фундамента произошла в 1960 году. Он работал с 1965 по 1976 год [1] и, как правило, считается чрезвычайно успешным. [2]
За строительством Dragon последовали аналогичные работы в США, что в конечном итоге привело к гораздо более крупной атомной электростанции Форт-Сент-Врейн . Она страдала от ряда проблем из-за коррозии, и заказчик был недоволен дизайном. Контракты на аналогичные модели в США, которые подписывались, были аннулированы, и хотя Dragon не испытывал ни одной из этих проблем, заказов в Европе также не поступало. К этому времени рынок в значительной степени стандартизировал реактор с водой под давлением (PWR) для большого строительства, которое произошло в 1970-х и 80-х годах, и было принято решение закрыть Dragon.
С 2023 года [обновлять]Dragon будет выведен из эксплуатации.
В 1950-х годах концепция триструктурно-изотропного (TRISO) топлива стала областью значительного интереса. В этой концепции ядерное топливо инкапсулируется в керамический материал, который способен выдерживать чрезвычайно высокие температуры. Это гарантирует, что топливо останется инкапсулированным, даже если сам реактор будет скомпрометирован. Это также позволяет реактору работать при более высоких температурах, что приводит к более высокой эффективности. [3]
В то время как сборка TRISO обеспечивает топливо, реактору также требуются замедлитель нейтронов и охлаждающая жидкость для отвода тепла и извлечения его энергии. Именно здесь конструкции реакторов TRISO могут существенно различаться. В случае Dragon топливо производилось в виде небольших сферических гранул, а затем прессовалось в более крупные блоки, содержащие графитовый замедлитель, сформированный в длинные шестиугольные стержни. Полученные блоки затем помещались в фиксированные места в реакторе. Это известно как «призматическая» конструкция. В то время как реактор Dragon исследовал призматическую конструкцию, Западная Германия разработала альтернативную концепцию, известную как реактор с шаровой загрузкой , в котором топливные элементы перемещаются вокруг реактора. [4]
Выбор охлаждающего газа для конструкции был весьма спорным в британском истеблишменте. CA Rennie выступал за использование гелия, поскольку он уменьшал проблемы коррозии и имел дополнительное преимущество в виде очень низкого ядерного поперечного сечения , что улучшало нейтронную экономичность и означало, что газ не становился высокорадиоактивным с течением времени. В то время гелий был доступен в необходимых количествах только из США, которые классифицировали его как стратегический материал и тщательно контролировали его международные продажи. Risley Nuclear Laboratories, разрабатывая усовершенствованный газоохлаждаемый реактор (AGR) , охлаждаемый диоксидом углерода (CO2) , утверждали, что поставка будет серьезной проблемой, в то время как CO2, несмотря на любые технические недостатки, был тривиально доступен. Группа OEEC, курирующая проект, признала, что проблема гелия «ставит под сомнение возможность его использования в обширной энергетической программе». [5]
К середине 1960-х годов опасения по поводу доступности гелия в значительной степени сошли на нет, и в 1967 году его уже не считали проблемой. К этому времени основной проблемой было создание системы охлаждения, которая была бы достаточно герметичной, чтобы удерживать газ, и в то же время была бы достаточно недорогой в строительстве. В частности, UKAEA уже приступила к программе AGR и отметила проблемы с коррозией из-за CO2, а также выразила опасения, что гелий может быть не таким инертным, как предполагали сторонники. [5]
Проект TRISO так и не был широко коммерциализирован. Немецкие проекты страдали от ряда проблем, и хотя Dragon успешно работал в течение многих лет, снижение интереса к альтернативным проектам привело к его закрытию без строительства более крупного коммерческого варианта. По состоянию на 2019 год [обновлять]эти концепции использовались в нескольких дальнейших исследовательских реакторах, включая Peach Bottom , AVR , HTTR и HTR-10 , а также для небольших коммерческих реакторов Fort St. Vrain и THTR-300 . HTR-PM в Китае находится в стадии строительства, и один блок в заливе Шидао подключен к сети по состоянию на декабрь 2021 года. [4]
Атомная энергетическая установка в Уинфрите была построена для строительства и эксплуатации экспериментальных и исследовательских ядерных реакторов. Dragon использовала гелий в качестве охладителя и графит в качестве замедлителя нейтронов . Топливо формировалось в крошечные сферические гранулы, а затем покрывалось керамикой. Затем их смешивали с графитом и прессовали вместе, образуя блоки различных форм и размеров. Критичность возможна только тогда, когда блоки размещаются вместе в определенных конфигурациях внутри отражателя нейтронов , что позволяет удерживать дополнительное топливо в готовой зоне и загружать его на лету. Гелий использовался из-за его низкого ядерного поперечного сечения , что приводило к более высокой экономии нейтронов , а также его химической инертности, что позволяло ему работать при более высоких температурах, не опасаясь эрозии материалов реактора. Более высокие температуры также обеспечивают более эффективную работу паровой турбины и делают ее более подходящей для прямого использования в качестве технологического тепла . В случае отключения электроэнергии естественная конвекция гелия обеспечивала аварийное охлаждение. [6] Топливо, используемое в реакторе, представляло собой покрытые частицы, состоящие из микрогранул делящегося материала (например, U235), окруженных керамическим внешним слоем. [7] Первоначально большую часть топлива составлял высокообогащенный уран (около 93% урана-235 ), хотя позже стало использоваться топливо с более низким обогащением (около 20%). [8] [9] Реактор напоминал огромную бутылку, в большей части которой внизу находилось активное топливо внутри отражателя, а в меньшей части сверху — дополнительные топливные элементы для перезагрузки. [10]
Участок Уинфрит простирался на 129,4 гектара (320 акров) пустоши в сельской местности на юге Дорсета, и там было расположено девять различных экспериментальных реакторов. [6]
Из девяти реакторов остались только реактор Dragon и тяжеловодный реактор Steam Generating , и они находятся в процессе вывода из эксплуатации. Во время вывода из эксплуатации корпуса реакторов будут помещены в безопасные хранилища реакторов, другие конструкции будут демонтированы и сохранены, любые оставшиеся отходы будут отправлены в выделенные места хранения, а почва будет вывезена по мере необходимости в подходящее хранилище низкоактивных отходов . Наконец, объект будет рассекречен как лицензированный ядерный объект, благоустроен и возвращен к нормальному использованию. [6] Контракт на вывод из эксплуатации объекта был присужден Costain Nuclear , и окончательный этап вывода из эксплуатации был отложен на двадцать лет. [10]