Канадские ядерные лаборатории (CNL) договорились о сотрудничестве с компанией «USNC-Power», дочерним предприятием корпорации «Ultra Safe Nuclear Corporation» (USNC), для проведения исследований в поддержку микромодульного реактора (Micro Modular Reactor, MMR) корпорации USNC. Проект также будет включать предварительные мероприятия по изучению возможности размещения объекта для производства топлива компании USNC в кампусе Чок-Ривер лабораторий CNL.

Проект финансируется в рамках Канадской инициативы ядерных исследований (Canadian Nuclear Research Initiative, CNRI) лабораторий CNL и будет включать исследования, связанные с производством запатентованного керамического топлива (Fully Ceramic Microencapsulate, FCM) корпорации USNC, разработкой программы облучения графитовой активной зоны реактора и созданием лаборатории для анализа топлива в Чок-Ривере. Проект также будет включать разработку многолетней программы испытаний для поддержки проверки топлива корпорации USNC и активной зоны по мере их прохождения через процесс рассмотрения проекта Канадской комиссией по ядерной безопасности.

Соглашение с компанией «USNC-Power» представляет собой шаг вперед в достижении цели организации – сделать реальным следующее поколение ядерных реакторов. Исходя из постоянного диалога с поставщиками малых модульных реакторов (SMR), становится ясно, что существует необходимость в расширении доступа к опыту и возможностям компании для поддержки исследований и разработок реакторов SMR. Программа инициативы CNRI предназначена для заполнения этого пробела, и вместе с корпорацией USNC компания «USNC-Power» будет работать над первым исследовательским проектом инициативы CNRI.

Реактор MMR имеет активную зону из гексагональных графитовых блоков, содержащих таблетки топлива FCM, которые имеют низкую удельную мощность и высокую теплоемкость, что приводит к очень медленным и предсказуемым изменениям температуры. Реактор с гелиевым охлаждением работает в течение 20 лет. Совместные исследования станут важным следующим шагом в обосновании подхода к разработке реакторов SMR и конструкции топлива.

Соглашение с корпорацией USNC является первым в рамках ежегодной программы инициативы CNRI, которая была начата лабораториями CNL в 2019 г. для ускорения развертывания реакторов SMR в Канаде, позволяя проводить исследования и разработки и связывать отрасль реакторов SMR с объектами и опытом Канадских ядерных лабораторий. Соглашение включает 1,5 млн канадских долларов (1,1 млн долларов США) в виде взносов лабораторий CNL для проекта и будет завершено к весне 2021 г. Три других заявки в рамках программы находятся на различных этапах рассмотрения и переговоров. Лаборатории CNL сообщают, что следующий конкурс предложений о совместном участии в проектах по НИОКР будет объявлен весной 2020 г.

Лаборатории CNL определили реакторы SMR как одну из восьми стратегических инициатив, которые они осуществляют в рамках своей долгосрочной стратегии, с целью определения местоположения реакторов SMR к 2026 г. В настоящее время четыре сотрудника участвуют в четырехэтапном процессе, начатом в 2018 г. для оценки строительства и работы демонстрационного реактора SMR на площадке лабораторий CNL. Компания «U-Battery Canada Ltd» с проектом высокотемпературного газового реактора электрической мощностью 4 МВт, компания «StarCore Nuclear» с предлагаемым высокотемпературным газовым реактором электрической мощностью 14 МВт и компания «Terrestrial Energy» со встроенным реактором на основе расплавленной соли электрической мощностью 190 МВт завершили первую стадию процесса. Компания «Global First Power» с предложением реактора MMR электрической мощностью 5 МВт при поддержке корпорации USNC и компании «Ontario Power Generation» завершила первые два этапа и начала третий этап.

Источник: World Nuclear News, 27.02.2020

Управление по обращению с радиоактивными отходами (EM) и компания-подрядчик по очистке «Fluor Idaho» недавно обсудили извлеченные уроки и другие экспертные знания в области ядерной безопасности и регулирующих стратегий с представителями канадской программы по очистке во время их посещения площадки Айдахской национальной лаборатории (INL) Министерства энергетики США.

Канадские ядерные лаборатории (Canadian Nuclear Laboratories, CNL) выводят из эксплуатации стареющие объекты и проводят исследовательские проекты на участке в Чок-Ривере в провинции Онтарио. Площадки лаборатории INL и Чок-Ривера схожи в том, что на обоих проводят очистку для расширения ядерных исследований и разработок. Как и в лаборатории INL, в Чок-Ривере рассматривается разработка небольших модульных реакторов.

Представители лабораторий CNL посетили Айдахский центр ядерных технологий и инжиниринга (Idaho Nuclear Technology and Engineering Center, INTEC) и Комплекс по обращению с радиоактивными отходами (Radioactive Waste Management Complex, RWMC). Они выразили заинтересованность в основе безопасности для каждого объекта и нормативной базы, в соответствии с которой на них проводится работа. В лабораториях CNL разрабатывают основу безопасности для Чок-Ривера, которая касается окружающей среды и сообществ вблизи участка. Основа безопасности описывает дизайн и меры безопасности, необходимые для соответствия требованиям и стандартам ядерной безопасности.

Представители лабораторий CNL рассматривали целенаправленное извлечение удаленных отходов в рамках проекта на комплексе RWMC. Работы по ускоренному извлечению управляются и отслеживаются в соседнем трейлере с возможностью видеосвязи с замкнутым контуром. Эта операция также контролирует работников при выделении тепла из захороненных радиоактивных отходов. В Чок-Ривере также есть полигон для удаления радиоактивных отходов, которые также потребуется извлечь.

В центре INTEC посетители увидели хранилища отработавшего ядерного топлива, которые включали горизонтальное хранение топлива и обломков, подземное хранилище, где топливные элементы помещены в стальные барабаны с защитными крышками, и хранилище контейнеров, где отработавшее топливо хранится в транспортных контейнерах на бетонной площадке. Участники также обсудили химический обрабатывающий завод 603, где отработавшее ядерное топливо взвешивается и охлаждается воздухом. После посещения посетители встретились со специалистами по ядерной безопасности, чтобы обсудить, как безопасные работы выполняются на площадке лаборатории INL и как эти уроки могут быть применены к работе лабораторий CNL.

EM Update. Vol. 12, Issue 9, 3.3.2020

Вследствие удаления более 1,19 млн тонн отходов с объекта по удалению старых отходов в Порт-Гранби завершается очистка исторических низкоактивных отходов с берега озера Онтарио. Удаление исторических отходов будет завершено к концу осени.

В ходе раскопок проводятся испытания для проверки удаления всех отходов. Затем рабочие приступают к восстановлению участка. Еще до того, как все отходы были вывезены с прежней площадки, недавно построенный склад в 700 метрах к северу готовится к восстановлению и закрытию с помощью материалов для прокладки, устанавливаемых на части кургана.

В августе прошло успешное восстановление части дороги Лейкшор между устаревшим участком и объектом долгосрочного обращения с отходами. Предоставлена подробная информация о недавнем изменении лицензии Канадских ядерных лабораторий (CNL) для отработавших ядерных веществ, чтобы отразить текущие пределы выбросов очищенной воды на станции очистки сточных вод проекта Порт-Гранби. Измененная лицензия в настоящее время подтверждает, что текущие процессы удаляют более широкий список ядерных и опасных веществ, чем первоначально предполагалось, усиливая защиту экосистемы бассейна Великих озер.

Обновление завершилось обзором оставшегося графика проекта, показывающим восстановление, проверку и засыпку устаревшего участка, который должен быть завершен к концу ноября, перестройку дороги Лейкшор и удаление подземного перехода весной 2020 г., а также окончательную планировку, восстановление и закрытие кургана к концу 2021 г.

Источник: Port Hope Area Initiative, 30.9.2019

Канадские ядерные лаборатории (CNL) начали новую программу исследований и разработок, чтобы ускорить развертывание небольших модульных реакторов (SMR) в Канаде. Канадская инициатива по ядерным исследованиям (Canadian Nuclear Research Initiative – CNRI) предоставит поставщикам реакторов доступ к исследовательским установкам мирового уровня.

Инициатива CNRI предназначена для поддержки совместных исследовательских проектов реакторов SMR со сторонниками в Канаде и была начата в июле во время заседания Совета по ядерной промышленности США в Вашингтоне, посвященного новой ядерной энергетике.

Лаборатории CNL будут выпускать ежегодные предложения, в которых организациям будет предложено представить проекты, входящие в список обозначенных основных областей, включая анализ рынка, разработку топлива, моделирование физики реакторов и транспортировку. Лаборатории CNL будут участвовать в совместных проектах НИОКР на основе результатов рассмотрения этих предложений. Для предложений, которые проходят технический обзор, лаборатории CNL разработают первоначальный план проекта, который будет соответствовать имеющимся средствам. Лаборатории поделятся этим первоначальным предложением с заявителем до окончательного выбора. Если лаборатории CNL решат, что объем, определенный заявителем, не может быть достигнут в пределах имеющихся средств, лаборатории CNL могут работать с заявителем для пересмотра объема работы и/или бюджета.

За последние несколько лет лаборатории CNL добились больших успехов в качестве сторонника технологии реакторов SMR и помогают содействовать ее развитию в Канаде. Инициатива CNRI поможет продолжить этот стимул. Лаборатории и научные возможности действительно уникальны в Канаде. Эта новая программа предоставит квалифицированным заявителям возможность использовать эти ресурсы для стимулирования инноваций в разработке этой крайне необходимой технологии низкоуглеродной энергетики. Через инициативу CNRI лаборатории поддерживают критически важные исследования и разработки, которые ускорят развертывание реакторов SMR, укрепляя связи с промышленностью, расширяя команду и привлекая коммерческие возможности.

С тех пор, как лаборатории CNL несколько лет назад начали программу по реакторам SMR, был получен огромный интерес со стороны компаний и организаций по всему миру, которые осознают роль, которую эта технология экологически чистой энергии может сыграть в обеспечении чистой экономики, особенно в общинах и на предприятиях в отдаленных местах. Переход этой технологии от проектирования до готовности к развертыванию является серьезным мероприятием и требует значительных инвестиций в исследования, испытания и разработки. Инициатива CNRI поможет ядерным инноваторам и предпринимателям разделить эти затраты, чтобы коллективно извлечь выгоду из этого нового, развивающегося рынка.

В апреле 2018 г. лаборатории CNL пригласили сторонников проекта реакторов SMR для оценки строительства и эксплуатации демонстрационного проекта реактора SMR на участке, которым они управляют. Лаборатории CNL сообщили, что приглашение представляет собой начало процесса проверки реактора SMR, включая этап предварительной квалификации, который позволяет лабораториям CNL оценить технические и коммерческие преимущества предлагаемых проектов, оценить финансовую жизнеспособность проектов, а также рассмотреть необходимую национальную безопасность и требования целостности. По сообщению лабораторий CNL, приглашение останется открытым, и ожидается, что периоды приема заявок будут проводиться каждые полгода.

Приглашение последовало за запросом лабораторий CNL о выражении заинтересованности в реакторах SMR, начатом в июне 2017 г., в результате которого были получены ответы от 80 организаций по всему миру, включая 19 выражений заинтересованности в размещении прототипа или демонстрационного реактора на площадке, управляемой лабораториями CNL. Лаборатории CNL планируют построить новый реактор SMR на своем участке в Чок-Ривере к 2026 г.

Источник: World Nuclear News, 22.7.2019

В Канадских ядерных лабораториях (Canadian Nuclear Laboratories – CNL) мультифизическое моделирование используется, чтобы оценить сложное поведение ядерного топлива.

В ядерной технике, где исследования направлены на повышение безопасности, эффективности и экономичности реакторов, для моделирующих исследований часто используются усовершенствованные и надежные компьютерные коды. Но они также являются реальным препятствием для инноваций из-за необходимости рассматривать множество строк кода, чтобы исследовать потенциальный эффект незначительной настройки системы. В качестве альтернативы для модификации устаревших кодов мультифизическая платформа предоставляет среду, позволяющую инженерам исследовать изменения в данных и методах моделирования без осложнений адаптации длинного кода.

Мультифизическое программное обеспечение для создания математической модели включает в себя большое количество физических явлений. Работа по моделированию включает представление ядерных топливных таблеток, включая перенос тепла, деформацию структурной механики, механический контакт, повышение давления из-за выделения газа продуктов деления и микроструктурные изменения из-за роста гранул, радиационного повреждения и выгорания. Также смоделировано поведение оболочки вокруг ядерного топлива.

В ядерном реакторе топливные таблетки, подвергающиеся реакциям деления, испытывают воздействие высоких температур, высоких температурных градиентов и теплового расширения. Кроме того, в топливных таблетках накапливаются продукты деления.

Микроструктура таблеток ядерного топлива изменяется после длительной высокотемпературной эксплуатации. Изготовленная структура гранул остается только снаружи, ближе к охлаждающей жидкости, где температура самая низкая. При чуть более высоких температурах гранулы растут (огрубляются), образуя область равноосного роста гранул. При самых высоких температурах механизм переноса паров приводит к миграции пор вдоль градиента температуры (по направлению к центру), образуя центральную пустоту и оставляя после себя длинные столбчатые гранулы.

Внутри керамического топлива образуются трещины. Существует также контакт между керамической таблеткой и ее металлической оболочкой. Необходимо учитывать радиационное повреждение, поскольку продукты деления высоких энергий, такие, как гамма и нейтронное излучение, изменяют микроструктуру всех материалов. Существует также макроскопическое набухание, поскольку вследствие деления один атом делится на два, и два атома занимают больше места, чем один. Два продукта деления, инертные газы ксенон и криптон, образуют пузырьки внутри топливных таблеток. Также необходимо учитывать проблемы коррозии, так как высокотемпературная вода в радиационной среде приводит к образованию продуктов радиолиза, которые вызывают коррозию снаружи оболочки.

Предотвращение отказа топлива. Поскольку свойства таблеток ядерного топлива резко меняются при облучении, инженеры в значительной степени полагаются на модели, чтобы предсказать, как характеристики топлива, такие, как пиковая температура, давление газа и деформация оболочки, будут меняться между доступными экспериментами. Точно так же знание о возможном проявлении в радиационной среде изменения конструкции требует обширной работы по моделированию и проверки с помощью физических измерений.

Одним из основных мотивов исследований было моделирование деформации оболочки и получение более точной оценки деформации оболочки, поскольку она является важным механизмом разрушения топлива. После того, как была создана модель для деформации оболочки, система могла быть оптимизирована виртуально. Стратегии оптимизации включают изменение топлива, зазора между топливом и оболочкой или способа обработки топлива один раз в реакторе.

Замена топлива является привлекательным подходом к модернизации АЭС. Это экономически выгодно, так как не нужно обновлять компоненты реактора. Инженеры просто загружают новое топливо, когда наступает время перегрузки топлива.

Несколько явлений в одной модели. С использованием программного обеспечения Comsol Multiphysics® создан инструмент моделирования топлива и оболочки (Fuel and Sheath Modelling Tool – FAST), чтобы фиксировать сложный перенос тепла, механику твердого тела и поведение материала ядерного топлива, оболочки и зазора между топливом и оболочкой.

Получены результаты моделирования FAST, чтобы показать гидростатическое давление, напряжение и осевую ползучесть в оболочке и топливных гранулах. Распределение этих полей является результатом конструктивных параметров, таких, как отношение длины к диаметру и размеры камеры, а также эксплуатационных рассмотрений, таких, как уровень мощности и температура охлаждающей жидкости.

Моделирование эволюции пористости границы гранулы. Для расширения инструмента моделирования и характеризации реактора другим способом смоделированы диффузия газа из топливных гранул, а затем образование и движение пузырьков на границах гранул, с использованием уравнения функциональности моделирования на основе программного обеспечения Comsol®.

При облучении и химической замене ядерного топлива газ просачивается из топливной гранулы, образуя пузырьки, которые сливаются. В традиционной фазовой области объем топливных гранул будет моделироваться. Этот метод игнорирует твердые частицы и моделирует движущуюся поверхность между твердыми частицами и газом. Это превращает трехмерную задачу в двумерную и значительно сокращает необходимые вычислительные ресурсы.

Модель использует два связанных уравнения слабой формы на поверхности гранулы, одно для расстояния до поверхности пузырька, а другое для химического потенциала. Знание того, сколько газа выходит из топлива, позволило рассчитать теплопроводность и давление газа внутри топливного элемента. Результаты этого анализа позволили определить другие ключевые показатели эффективности топлива. Этот набор расчетов служит нелинейным представлением деградации топлива. С помощью моделирования можно оценить, достаточно ли низкое давление, и в этом случае топливо можно продолжать облучать, что очень важно для безопасности.

Инновации в дизайне топлива. Используя мультифизическое моделирование, инженеры лабораторий CNL смогли создать полезный инструмент и подготовить более быстрое повторное проектирование и инновации. Мультифизическое моделирование может информировать другие области развития в ядерной технике. Инженеры могли бы полностью переосмыслить топливо, разрабатывая версии, устойчивые к сценариям тяжелых аварий.

В долгосрочной перспективе программное обеспечение для моделирования играет роль в разработке небольших модульных реакторов. Они могут быть сделаны из новых материалов и иметь новую геометрию.

Источник: Nuclear Engineering International: Features  4.7.2019