Интерес армии США к малым реакторам в последние годы значительно возрос. Возможные выгоды от их применения проанализировали авторы статьи в журнале «Journal of Defense Management» (том 8, вып.1, 2018) Кеннет Аллен и др., представляющие военную академию США (Нью-Йорк).

Реактор «Holos»

В своей статье американские авторы рассмотрели проект микромодульного реактора «Holos Highly Integrated Micro Modular Reactor» («Holos» HI-MMR), разработанный компанией «Filippone and Associates LLC».

Активная зона реактора «Holos» состоит из длинного узкого псевдоцилиндрического массива тепловыделяющих сборок, расставленных вокруг центрального канала для органов управления. Число сборок в активной зоне варьируется в зависимости от мощности реактора, для целей статьи выбрана компановка из 78 кассет.

Каждая ТВС состоит из массива топливных каналов и каналов теплоносителя, окружённого стальной оболочкой. Топливо — шаровое, TRISO, плотность упаковки 0,4. Обогащение урана для целей статьи было выбрано равным 10%.

В качестве теплоносителя авторы статьи для своего моделирования взяли чистый гелий. На рисунке ниже гелий показан жёлтым цветом, а корпус реактора, выполненный из оксида бериллия и играющий роль отражателя — зелёным.

Нейтронно-физические параметры

С помощью широко известного монте-карловского кода MCNP6.1, авторы провели расчёты некоторых нейтронно-физических параметров реактора «Holos» (с учётом принятых допущений).

Для свежего топлива в горячем состоянии (900 градусов Кельвина) значение kэфф составило 1,05810±0,00166. Это достаточно большой запас реактивности, и для его компенсации в проекте должны быть предусмотрены соответствующие средства.

В холодном состоянии (при комнатной температуре) запас реактивности ещё больший, значение kэфф достигает 1,094. Температурный коэффициент реактивности, как и следовало ожидать, отрицательный и равен -0,0000338±0,000005 K-1.

Интересное поведение реактивность демонстрирует при выгорании (расчёты велись для мощности 30 МВт(т)).

Во-первых, исходного запаса реактивности хватает на 35-40 лет работы. Однако следует учесть, что этот результат был получен для идеализированной модели, в которой не учитывался паразитный захват в органах регулирования, компенсирующих превышение реактивности над нулём. Расчёты по моделям, более приближенным к реальным условиям работы, дают значение кампании порядка 13 лет.

Во-вторых, в первые 100 суток работы реактора реактивность не падала, а слегка возрастала. Это связано с более высоким, по сравнению с легководными аппаратами, значением коэффициента воспроизводства в реакторе «Holos».

Сравнение для Баграма

Во второй части статьи авторы проанализировали возможности применения малых реакторов для баз передового развёртывания (forward operating base), использовав для сравнения данные по базе «Баграм» в Афганистане.

Потребности базы «Баграм» в электроэнергии составляют 56 МВт(э). Их обеспечивают, в общей сложности, 15 генераторов.

Авторы статьи предложили рассмотреть следующий вариант — четыре реактора «Holos» мощностью 13,5 МВт(э) каждый и 10 генераторов мощностью по 1 МВт(э) каждый. Кампания реакторов составляет в этом сравнительном расчёте 13 лет.

Сравниваемые варианты для базы «Баграм»

В следующей таблице рассмотрены возможные варианты доставки генераторов и реакторов воздушным и наземным путём с точки зрения соответствия по габаритным размерам и весу.

Как видно из таблицы, «Holos» может быть доставлен к месту службы военно-транспортными самолётами C-5 и C-17.

В следующей таблице приводятся данные по экономике проекта «Holos Quad», одного из вариантов в линейке проектов «Holos».

Для демонстрационного аппарата (FOAK) приведены два набора данных. Первый учитывает все затраты, включая подготовку площадки, топливо и лицензирование. Второй набор приведен для собственно реактора.

Как видно из таблицы, в первом случае демонстрационный аппарат обойдётся в сумму свыше 180 миллионов долларов, во втором речь идёт о примерно 50 миллионах долларов. Для серийных аппаратов стоимость существенно снижается.

Экономические параметры «Holos Quad»

Наконец, следующие данные, использованные при анализе, касались потерь (casualties), понесённых армией США при прохождении конвоев с топливом.

Авторы взяли статистические данные, в соответствии с которыми в Ираке потери составляли 0,026 человека на конвой, а в Афганистане — 0,042 человека на конвой.

Итоговый вывод, к которому пришли авторы статьи после завершения моделирования и сравнительного анализа, таков.

С экономической точки зрения, применение реакторов «Holos» для электроснабжения баз передового развёртывания становится выгодным примерно через 500 суток. Таким образом, если база создаётся на срок два года и более, то её снабжение с помощью реакторов имеет экономический смысл.

С точки зрения потерь личного состава, применение реакторов «Holos» позволяет снизить потери на порядок за счёт существенного сокращения числа конвоев.

источник: atominfo.ru