Testy nowych urządzeń badawczych dla HTGR

Naukowcy z Zakładu Badań Reaktorowych NCBJ zaprojektowali sondę pozwalającą napromieniać próbki w temperaturze ponad 1000 stopni, czyli w warunkach jakie panują w reaktorach HTGR. Pierwsze badania w reaktorze MARIA wypadły bardzo obiecująco.

Reaktory HTGR (ang. High-Temperature Gas Reactors) uważane są na świecie za jedną z obiecujących opcji spośród różnych technologii reaktorów nowych generacji. Mogą one produkować ciepło o temperaturze wystarczającej do zastosowań przemysłowych, chemicznych lub produkcji zielonego wodoru w procesie wysokotemperaturowej destylacji wody. Badania nad tą technologią obecnie prowadzą m.in.: Japonia, Chiny a także polskie Narodowe Centrum Badan Jądrowych.

Sonda reaktorowa to urządzenie pozwalające napromienić próbki materiałowe, komponent lub jego część w ściśle określonych warunkach np.: temperatura, ciśnienie, atmosfera gazu obojętnego itp. Sonda ISTHAR (Irradiation System for High-Temperature Reactors) umożliwia napromienianie w reaktorze MARIA próbek materiałowych w warunkach odpowiadających panującym w gazowych reaktorach wysokotemperaturowych: temperatura do 1000°C oraz atmosfera helowa. Reaktor badawczy MARIA ma wielokrotnie większy strumień neutronów od reaktorów energetycznych, co umożliwia wykonanie badania w bardzo krótkim czasie.

"Badawcza MARIA ma ok. dwudziestopięciokrotnie większy strumień neutronów niż reaktory HTGR, dzięki czemu możemy dużo szybciej zaobserwować zniszczenia, jakie powstają w materiałach podczas wielu dekad pracy elektrowni jądrowych. Pozwala to na znaczne przyspieszenie prac przy jednoczesnym zapewnieniu najwyższej jakości eksperymentu" - tłumaczy Maciej Lipka z Zakładu Badań Reaktorowych.

Urządzenie zostało w całości zaprojektowane w Departamencie Eksploatacji Obiektów Jądrowych NCBJ w ramach projektu GOSPOSTRATEG. Pierwsze testy przy użyciu specjalnie skonstruowanej w tym celu makiety kanału do napromieniań reaktora MARIA wypadły bardzo korzystnie - naukowcom udało się osiągnąć stabilną temperaturę pracy wynoszącą ponad 1000°C oraz bardzo jednorodne warunki wewnątrz sondy.

"Jednocześnie na zewnątrz, na otoczonej wodą ściance temperatura wynosi zaledwie kilkadziesiąt stopni Celsjusza - izolację zapewniają zaledwie 3 milimetry helu, lecz jest to grubość w pełni wystarczająca" - doprecyzowuje mgr inż. Anna Talarowska również z Zakładu Bada Reaktorowych NCBJ. Całość zamknięta jest w stalowej kapsule chłodzonej z zewnątrz wodą płynącą w szczelinie matrycy berylowej reaktora MARIA.

"Opracowanie sondy to wieloetapowy proces rozpoczynający się od symulacji komputerowych i obliczeń, następnie opracowuje się technologie oraz projekt techniczny wraz z procedurami wykonania, a wspomniane eksperymenty w reaktorze lub dedykowanych makietach to zwieńczenie prac i potwierdzenie początkowych przewidywań" - tłumaczy.

Podobne do ISHTAR urządzenia, pozwalające na napromienianie próbek w ściśle określonych warunkach temperaturowych były już w MARII wykorzystywane w odległej przeszłości, jednak z powodu znikomego zainteresowania programami rozwoju energetyki jądrowej, nie budowano ich od lat osiemdziesiątych. Obecnie trwają jednocześnie trzy programy sondowe badające nie tylko materiały stosowane w klasycznych reaktorach, ale również te wykorzystywane w syntezie termojądrowej.

Sonda ISTHAR jest pierwszą od podstaw zbudowaną przez odmłodzony zespół. W planach są kolejne etapy badań służących rozwojowi nowych technologii reaktorów energetycznych: zarówno jądrowych, jak i termojądrowych. Planowane są między innymi napromieniania, również w sondach własnej konstrukcji, elementów urządzenia DONES oraz testy komponentów na potrzeby reaktora termojądrowego ITER.