Magnox тип ядерного енергетичного виробничого реактора розробленого для роботи на природному урані з графітом як сповіль

Magnox — тип ядерного енергетичного/виробничого реактора, розробленого для роботи на природному урані з графітом як сповільнювачем і вуглекислим газом як теплообмінним охолоджувачем. Він належить до ширшого класу газоохолоджуваних реакторів. Назва походить від магнієво-алюмінієвого сплаву, який використовується для оболонки паливних стрижнів всередині реактора. Як і більшість інших ядерних реакторів «покоління I», Magnox був розроблений з подвійною метою виробництва електроенергії та плутонію-239 для . Назва конкретно відноситься до конструкції Сполученого Королівства, але іноді використовується узагальнено для позначення будь-якого подібного реактора.

Принципова схема ядерного реактора Magnox із зображенням потоку газу. Теплообмінник знаходиться поза бетонним захистом від радіації. Це являє собою ранню конструкцію Magnox із циліндричною сталевою посудиною під тиском.

Паливний стрижень Magnox ранньої конструкції

Як і в інших реакторах, що виробляють плутоній, збереження нейтронів є ключовим елементом конструкції. У magnox нейтрони сповільнюються у великих блоках графіту. Ефективність графіту як сповільнювача дозволяє Magnox працювати на природному урановому паливі, на відміну від більш поширеного комерційного легководного реактора, який потребує злегка збагаченого урану. Графіт легко окислюється на повітрі, тому серцевина охолоджується CO₂, який потім закачується в теплообмінник для генерації пари для приводу традиційного парового турбінного обладнання для виробництва електроенергії. Активна зона відкрита з одного кінця, тому паливні елементи можна додавати або видаляти, поки реактор ще працює.

Загальний опис

Windscale

Першим повномасштабним ядерним реактором Великої Британії був Windscale Pile у Селлафілді. Купа була розроблена для виробництва плутонію-239, який розводився в багатотижневих реакціях, що відбуваються в природному урановому паливі. За нормальних умов природний уран недостатньо чутливий до власних нейтронів, щоб підтримувати ланцюгову реакцію. Для підвищення чутливості палива до нейтронів використовується сповільнювач нейтронів, в даному випадку високоочищений графіт.

Magnox

Колдер Холл, Велика Британія – перша в світі комерційна атомна електростанція. Вперше підключений до національної електромережі 27 серпня 1956 року та офіційно відкритий королевою Єлизаветою II 17 жовтня 1956 року.

Оскільки ядерний істеблішмент Великої Британії почав звертати увагу на ядерну енергетику, потреба в більшій кількості плутонію для розробки зброї залишалася гострою. Це призвело до спроб адаптувати базову конструкцію Windscale до енергетичної версії, яка б також виробляла плутоній. Щоб бути економічно корисним, завод мав би працювати на набагато вищих рівнях потужності, а щоб ефективно перетворювати цю енергію в електрику, він мав би працювати при вищих температурах.

AGR

Характер «подвійного використання» дизайну Magnox призводить до компромісів у дизайні, які обмежують його економічні показники. Коли розгортався дизайн Magnox, уже велася робота над удосконаленим газоохолоджуваним реактором (AGR) з явним наміром зробити систему більш економічною. Основною серед змін було рішення запустити реактор при значно вищих температурах, близько 650 °C (1 200 °F), що значно підвищить ефективність роботи парових турбін, що витягують електроенергію. Це було занадто гаряче для магноксового сплаву, і AGR спочатку мав намір використовувати нову оболонку на основі берилію, але вона виявилася занадто крихкою. Це було замінено оболонкою з нержавіючої сталі, але вона поглинала достатньо нейтронів, щоб впливати на критичність, і, у свою чергу, вимагала, щоб конструкція працювала на злегка збагаченому урані, а не на природному урані Magnox, що збільшувало витрати на паливо. Зрештою, економіка системи виявилася трохи кращою, ніж Magnox. Колишній економічний радник Міністерства фінансів Девід Хендерсон описав програму AGR як одну з двох найдорожчих помилок проекту, спонсорованого британським урядом, поряд із Concorde.

Технічна інформація

Джерело:

Специфікація	Колдер Холл	Вілфа	Олдбері
Теплова потужність (валова), МВт	182	1875 рік	835
Електрична потужність (валова), МВт	46	590	280
ефективність, %	23	33	34
Кількість паливних каналів	1696 рік	6150	3320
Діаметр активного сердечника	9,45 м	17,4 м	12,8 м
Висота активного ядра	6,4 м	9,2 м	8,5 м
Середній тиск газу	7 бар	26,2 бар	25,6 бар
Середня температура газу на вході °C	140	247	245
Середня температура газу на виході °C	336	414	410
Загальна витрата газу	891 кг/с	10254 кг/с	4627 кг/с
матеріал	Природний металевий уран	Природний металевий уран	Природний металевий уран
Маса урану в тоннах	120	595	293
Внутрішній діаметр посудини під тиском	11,28 м	29,3 м	23,5 м
Внутрішня висота посудини під тиском	21,3 м	—	18,3 м
Газові циркуляційні насоси	4	4	4
Парогенератори	4	1	4
Кількість генераторів	2	2	1

Економіка

Завантаження палива Magnox на атомній електростанції Calder Hall

Перші реактори Magnox в Колдер-Холлі були розроблені головним чином для виробництва плутонію для . Виробництво плутонію з урану шляхом опромінення в купі генерує велику кількість тепла, яке потрібно утилізувати, і таким чином генерувати пару з цього тепла, яке можна використовувати в турбіні для виробництва електроенергії, або як технологічне тепло на сусідньому заводі Windscale, розглядався як свого роду «безкоштовний» побічний продукт істотного процесу.

Безпека

У той час вважалося, що реактори Magnox мають значний ступінь внутрішньої безпеки через їхню просту конструкцію, низьку питому потужність і газовий теплоносій. Через це вони не були забезпечені функціями вторинного утримання. Принципом проектування безпеки на той час був принцип «максимально вірогідної аварії», і було зроблено припущення, що якщо станція була спроектована таким чином, щоб витримати це, то всі інші менш значущі, але подібні події будуть охоплені. Аварії з втратою теплоносія (принаймні ті, що розглядаються в проекті) не призведуть до великомасштабної відмови палива, оскільки оболонка Magnox утримає основну частину радіоактивного матеріалу, припускаючи, що реактор буде швидко зупинено (SCRAM), оскільки тепло розпаду може видаляються шляхом природної циркуляції повітря. Оскільки теплоносій вже є газом, вибухове підвищення тиску внаслідок кипіння не є ризиком, як це сталося під час катастрофічного вибуху пари під час аварії на Чорнобильській АЕС. Відмова системи зупинки реактора для швидкої зупинки реактора або відмова природної циркуляції в проекті не враховувалися. У 1967 році на Чапелкросі сталося розплавлення палива через обмежений потік газу в окремому каналі, і, хоча екіпаж станції впорався з цим без серйозних інцидентів, ця подія не була розроблена або запланована, і викид радіоактивності був більшим, ніж очікувалося під час дизайн станції.

Побудовані реактори

Загалом у Сполученому Королівстві, де був розроблений проект, було побудовано 11 електростанцій загальною кількістю 26 одиниць. Крім того, один був експортований до Токаї в Японії, а інший до Латини в Італії. Північна Корея також розробила власні реактори Magnox на основі британського проекту, який був оприлюднений на конференції «Атом заради миру».

Перша електростанція Magnox, Calder Hall, була першою в світі атомною електростанцією, яка виробляла електроенергію в промислових масштабах (електростанція в Обнінську, Росія почала постачати мережу в дуже малих некомерційних кількостях 1 грудня 1954 року). Перше підключення до мережі відбулося 27 серпня 1956 року, а станцію офіційно відкрила королева Єлизавета II 17 жовтня 1956 року. Коли станцію закрили 31 березня 2003 року, перший реактор використовувався майже 47 років.

Виведення з експлуатації

ChapelCross до знесення градирень у 2007 році

Управління з виведення з експлуатації атомних електростанцій (NDA) несе відповідальність за виведення з експлуатації електростанцій Magnox Великої Британії, орієнтовна вартість якого становить 12,6 мільярдів фунтів стерлінгів . Були дискусії щодо того, чи слід прийняти стратегію виведення з експлуатації на 25 чи 100 років. Після 80 років короткочасний радіоактивний матеріал у вивантаженій активній зоні розпався б настільки, що людина могла б отримати доступ до конструкції реактора, що полегшило б роботи з демонтажу. Коротша стратегія виведення з експлуатації вимагала б роботизованої техніки демонтажу активної зони. Поточний приблизно 100-річний план виведення з експлуатації називається Safestore. Також розглядалася 130-річна стратегія відкладеного Safestore з орієнтовною економією коштів у 1,4 мільярда фунтів стерлінгів, але не була обрана.

Список реакторів Magnox у Великій Британії

Ім'я	Місцезнаходження	Розташування (GeoHack)	Кількість одиниць	Виробництво на одиницю	Загальний обсяг виробництва	Перше підключення до мережі	Закрити
Колдер Холл	поблизу Вайтхейвена, Камбрія	NY025042	4	50 МВт	200 МВт	1956 рік	2003 рік
Капличний хрест	поблизу Аннана, Дамфріса та Галовея	NY216697	4	60 МВт	240 МВт	1959 рік	2004 рік
Берклі	Глостершир	ST659994	2	138 МВт	276 МВт	1962 рік	1989 рік
Бредвелл	поблизу Саутмінстера, Ессекс	TM001087	2	121 МВт	242 МВт	1962 рік	2002 рік
Хантерстон "А"	між Вест-Кілбрайдом і Ферлі - Норт-Ейршир	NS183513	2	180 МВт	360 МВт	1964 рік	1990 рік
Хінклі Пойнт "А"	поблизу Бріджвотер, Сомерсет	TR330623	2	235 МВт	470 МВт	1965 рік	1999 рік
Trawsfynydd	Гвінед	SH690381	2	195 МВт	390 МВт	1965 рік	1991 рік
Підземелля "А"	Кент	TR074170	2	219 МВт	438 МВт	1966 рік	2006 рік
Sizewell "A"	поблизу Лейстона, Саффолк	TM472634	2	210 МВт	420 МВт	1966 рік	2006 рік
Олдбері	поблизу Торнбері, Південний Глостершир	ST606945	2	217 МВт	434 МВт	1968 рік	2012 рік
Вілфа	Англсі	SH350937	2	490 МВт	980 МВт	1971 рік	2015 рік

Реактори Magnox, експортовані з Великої Британії

Ім'я	Місцезнаходження	Кількість одиниць	Виробництво на одиницю	Загальний обсяг виробництва	Перше підключення до мережі	Закрити
Латина	Італія	1	160 МВт	160 МВт	1963 рік	1987 після італійського референдуму щодо атомної енергетики
Токай Мура	Японія	1	166 МВт	166 МВт	1966 рік	1998 рік

Примітки

First look at damaged Windscale pile. World Nuclear News. 21 серпня 2008.
Windscale Pile problems. 27 червня 2000.
Osborne hails UK nuclear deal with China as 'new dawn'. FT. 17 жовтня 2013. Процитовано 25 жовтня 2014. the country that built the first civil nuclear power station
David Henderson (21 червня 2013). The more things change... Nuclear Engineering International. Процитовано 2 липня 2013.
Description of the Magnox Type of Gas Cooled Reactor (MAGNOX) (PDF). www.iaea.org.
(PDF). . 5 жовтня 1956. Архів оригіналу (PDF) за 29 жовтня 2013. Процитовано 25 жовтня 2013.
(Звіт). {{}}: |archive-date= вимагає |archive-url= (); Вказано більш, ніж один |archivedate= та |archive-date= (); Пропущений або порожній |title= ()
Tsutomu Nakajima, Kazukiyo Okano and Atsushi Murakami (1965). Manufacture of Pressure Vessel for Nuclear Power Reactor (PDF). Fuji Electric Review. Fuji Electric Co. 11. Процитовано 17 квітня 2014.
(Пресреліз). {{}}: |archive-date= вимагає |archive-url= (); Вказано більш, ніж один |archivedate= та |archive-date= (); Пропущений або порожній |title= ()
Brown, Paul (21 березня 2003). First nuclear power plant to close. The Guardian. London. Процитовано 12 травня 2010.
(PDF). Berkeley Nuclear Licensed Site and Oldbury on Severn Power Station Site Stakeholder Groups. 1 листопада 2006. с. 7. Архів оригіналу (PDF) за 14 October 2012. Процитовано 14 листопада 2007.
Lindberg, John (24 листопада 2021). To wait, or not to wait: the question of Safestore. Nuclear Engineering International. Процитовано 6 грудня 2021.

Посилання

Енергетичні рішення
Інформація про зацікавлені сторони ядерних майданчиків – Огляд кожної електростанції Magnox, наданий British Nuclear Group
Magnox Safety Reviews, вересень 2000 р., Інспекція ядерних установок HSE
Стратегія Magnox Electric plc щодо виведення з експлуатації ядерних ділянок, лютий 2002 р., Інспекція ядерних установок HSE
, Г. Холт, Magnox Electric, документ засідання МАГАТЕ, 8–10 вересня 1997 р.
Досвід експлуатації реактора Latina Magnox, 21–23 вересня 1988 р., Ente Nazionale per l'Energia Electrica
, Джон Лардж, 14 березня 2001 р. – включає детальні діаграми
Конструкція паливних елементів Magnox – аналіз атомної енергії
– Nuclear Engineering International
– Nuclear Engineering International
Бібліотека зображень British Nuclear Group – велика колекція фотографій інтер’єру та екстер’єру всіх електростанцій Magnox у Великій Британії.

[WNN-1] First look at damaged Windscale pile. World Nuclear News. 21 серпня 2008.

[WISE-2] Windscale Pile problems. 27 червня 2000.

[3] Osborne hails UK nuclear deal with China as 'new dawn'. FT. 17 жовтня 2013. Процитовано 25 жовтня 2014. the country that built the first civil nuclear power station

[nei-20130621-4] David Henderson (21 червня 2013). The more things change... Nuclear Engineering International. Процитовано 2 липня 2013.

[5] Description of the Magnox Type of Gas Cooled Reactor (MAGNOX) (PDF). www.iaea.org.

[the-engineer-6] (PDF). . 5 жовтня 1956. Архів оригіналу (PDF) за 29 жовтня 2013. Процитовано 25 жовтня 2013.

[UKAEA-10years-7] (Звіт). {{}}: |archive-date= вимагає |archive-url= (); Вказано більш, ніж один |archivedate= та |archive-date= (); Пропущений або порожній |title= ()

[8] Tsutomu Nakajima, Kazukiyo Okano and Atsushi Murakami (1965). Manufacture of Pressure Vessel for Nuclear Power Reactor (PDF). Fuji Electric Review. Fuji Electric Co. 11. Процитовано 17 квітня 2014.

[9] (Пресреліз). {{}}: |archive-date= вимагає |archive-url= (); Вказано більш, ніж один |archivedate= та |archive-date= (); Пропущений або порожній |title= ()

[10] Brown, Paul (21 березня 2003). First nuclear power plant to close. The Guardian. London. Процитовано 12 травня 2010.

[stakeholders-20061101-11] (PDF). Berkeley Nuclear Licensed Site and Oldbury on Severn Power Station Site Stakeholder Groups. 1 листопада 2006. с. 7. Архів оригіналу (PDF) за 14 October 2012. Процитовано 14 листопада 2007.

[nei-20211124-12] Lindberg, John (24 листопада 2021). To wait, or not to wait: the question of Safestore. Nuclear Engineering International. Процитовано 6 грудня 2021.