Reaktor chłodzony gazem (GCR, AGR, MAGNOX)

Cechy charakterystyczne

Elektrownie jądrowe z reaktorami typu AGR i MAGNOX odznaczają się prostą budową i dużą niezawodnością. Zastosowanie chłodziwa jako gazu cyrkulującego przy niskim ciśnieniu pozwala na uzyskiwanie bardzo wysokich temperatur na wylocie z reaktora, która jest ograniczana tylko przez trwałość paliwa i elementów konstrukcyjnych. Duża powierzchnia wymiany ciepła wymaga budowy o wiele większych zbiorników niż w przypadku reaktorów PWR i BWR.

Reaktory MAGNOX stanowiły bazę do rozwoju reaktorów gazowych, zostały tak nazwane od stopu magnezu, z którego były wykonywane koszulki prętów paliwowych. Ze względu na bardzo korzystne właściwości tego materiału pod względem pochłaniania neutronów, jako paliwo można wykorzystywać uran naturalny. Sprawność elektrowni nie przekracza 31%.

Rdzeń reaktora MAGNOX wykonany jest w postaci bloków grafitowych z kanałami paliwowymi, a jego wymiary to zwykle 8 metrów wysokości i 14 metrów średnicy. Masa paliwa w rdzeniu to ok. 600 ton. Moderator grafitowy utrzymywany jest w stosunkowo niskiej temperaturze dzięki zastosowaniu dwutlenku węgla jako chłodziwa, który przed wejściem w kontakt z paliwem skutecznie odbiera ciepło od grafitu. W reaktorach tych stosowano dwuobiegowy system chłodzenia. Krążący w obiegu zamkniętym CO₂ odbiera ciepło od koszulek paliwowych w reaktorze, a następnie oddaje ciepło w wytwornicy pary wodzie krążącej w obiegu wtórnym. Duże ilości gazu, które muszą być przepompowywane powodują konieczność zastosowania wielu wytwornic pary, zwykle jest to od 4 do 6, co powiększa koszty inwestycyjne. Niewątpliwą zaletą reaktorów tego typu jest możliwość przeprowadzania przeładunku paliwa w trakcie pracy reaktora.

Reaktory AGR zostały stworzone na bazie reaktorów MAGNOX. Zastosowano w nich stal nierdzewną na koszulki paliwowe, pozwoliło to na uzyskanie znacznie wyższych temperatur gazu chłodzącego na wyjściu z rdzenia. Jednak z uwagi na materiał, bilans neutronów został pogorszony tak, że uran naturalny trzeba zastąpić uranem niskowzbogaconym (2-3%). Ciśnienie dwutlenku węgla jest prawie dwukrotnie większe niż w reaktorach typu MAGNOX.

W reaktorach AGR wymiana paliwa, podobnie jak w MAGNOX, odbywa się w trakcie pracy reaktora. Ich dyspozycyjność jest bardzo wysoka, rzędu 95%. Wysoki stopień bezpieczeństwa zapewnia sam moderator, którego wytrzymałość zwiększa się wraz ze wzrostem temperatury, zapobiegając w razie awarii stopieniu rdzenia. Jednak moderator narażony jest na utlenianie ze strony krążącego dwutlenku węgla, co pogarsza jego właściwości mechaniczne. Rozwiązaniem tego problemu jest kontrola składu chemicznego chłodziwa, która polega na zastosowaniu mieszanki CO₂ z niewielką ilością pary wodnej i metanu.

Reaktory te, mimo wymienionych szeregu zalet i niewielu wad nie znalazły szerszego zastosowania i nie są obecnie rozwijane. Przyczyniło się do tego przede wszystkim niewielkie poparcie dla finansowania tej technologii oraz brak standaryzacji. Te dwie cechy miały duży wpływ na koszty inwestycyjne związane z budową elektrowni z reaktorem tego typu, oczywiście znacznie je powiększając. Poza Wielką Brytanią nie są obecnie nigdzie indziej użytkowane. W styczniu 2022 roku w Wielkiej Brytanii pracowały cztery reaktory AGR, jednak ze względu na wiek, planowane jest ich stopniowe wyłączanie. Ostatni reaktor AGR ma zakończyć pracę w 2028 roku.