מבוא: טכנולוגיה לאנרגיה אטומית

מערכת האנרגיה העולמית מתמודדת עם אתגר כפול: עמידה בביקוש תוך צמצום דרמטי של פליטות פחמן.דלקים פוסיליים יש השפעה תעשייתית מופעלת על פני מאה שנים, אך העלויות הסביבתיות והגאופוליטיות שלהם אינן ניתנות לצמצום משמעותי של אנרגיה גרעינית מציעה אלטרנטיבה צפופה, נמוכה פחמן, אך מתקני דלק מסורתיים, לעומת זאת, פחות מאחוז אחד מהפוטנציאל האנרגום המואץ של אנרגיה (BRs) ב-238 דולר, בניגוד לכדי צריכת דלק גרעינית, עלולים באופן ישיר, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, כך שנמנעים בעלי עוצמה של אנרגיה גרעינית, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת יותר מ-39 אנרגיה גרעינית, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת יותר מצריכת דלקים של פחות מצריכת דלקים בעלי פוטנציאל אנרגיה גרעינית, לעומת זאת, לעומת יותר מעצימים בעלי צריכת

כדי להבין את הפוטנציאל של כורים מגזע מהיר, יש צורך לבחון את עקרונות התפעול שלהם, את המצב הנוכחי של תוכניות גלובליות, את המכשולים הטכניים והכלכליים שהם עומדים בפנים, ואת תפקידם בעתיד אנרגיה מחוסמת.

מה הם תגובה מהירה של ברדר?

כורכור מהיר הם סוג של כור גרעיני התומך בתגובה שרשרת הטבולית עם נויטרונים באנרגיה גבוהה, הנקרא בדרך כלל נויטרונים מהירים. בכורים מים רגילים (LWRs), נויטרונים להאט, או מתון, על ידי מים כדי להגדיל את ההסתברות של חיטוי אורניום-235.

התכונה המגדירה של כור גזע היא יחס ההמרה שלה: כמות החומר המפחיד המיוצר מחולק על ידי כמות הנצרכת. A מגדלים להשיג יחס ההמרה גדול יותר מ 1.0, כלומר הוא מייצר יותר דלק פישיל מאשר הוא נשרף.זה מושג על ידי הצבת שמיכה של אורניום-238 (או thorium-232) סביב הליבה.

הפיזיקה של ניוטרון

[ה]התחננות יעילה רק כאשר כלכלת נויטרונים חיובית.בספקטרום מהיר, כל אירוע פשפשתן משחרר 2.5 עד 3.0 נויטרונים בממוצע, בהשוואה ל-2.4 בכורים תרמיים.חלק מהנוטרונים האלה מקיימים את תגובת שרשרת, אך העודף יכול להיקלט על ידי חומר פורייה (מעגל) הוא גם הנימוק העיקרי לקליטה בחומרים, לא ממונעים כמו ספקטרום של ספקטרום 2, אם כיפורמיים מהירים (Fertem) הוא מספיק) לדגמיים מהירים (FD2 (FD2) כלומר: ספקטרום מהיר).

Coolant Technologies ב- Fast Breeder Reactors

מכיוון שכורים מהירים אינם יכולים להשתמש במים כקרר ללא נטיות ממתינות, נדרשים קירור חלופיים.

  • (FLT:0 ,Sodium-cooled כורים מהירים (SFRs): ®FLT:1 Sodium יש מוליכות תרמית מעולה, נקודה מרתיחה גבוהה, ואינו מתונות בינוניים באופן משמעותי.זה פועל בלחץ כמעט אטמוספירי, צמצום הסיכון של תאונה לא-מדומה (BN) כולל גירוי מים ואוויר, הדורשת מדיום משני למניעת שימוש מהיר בדלקת הלחמית (FN) ומורכב ממין (Funtolant) כולל שימוש בדלקת הלחמית).
  • (FLT:0Lead-cooled fast כורים (LFRs): מובילי 1 וסגסוגת מוביל-bismuth מציעים יתרונות על נתרן: הם אינרציה כימית באוויר ומים, צמצום סכנות אש.עופרת יש נקודה מרתקת גבוהה ונכסים מגן טוב.
  • (FLT:0) כורים מהירים (GFRs): FLT:1 Helium או פחמן דו חמצני יכול לשמש כקרירים, המציעים אינטונציה כימית וטמפרטורות גבוהות. GFRs להתמודד עם אתגרים עם הסרת חום בתנאי חום תחת עומס חום עקב יכולת החום הנמוכה של גזים.הפורום הבינלאומי של הדור הרביעי כולל GFRs כמועמד, אבל הם נשארים בשלב מוקדם יותר של פיתוח מוקדם יותר מאשר LFRs.

יתרונות מרכזיים של תגובה מהירה Breeder

יעילות ובטיחות דלק

היתרון המשכנע ביותר של FBRs הוא היכולת שלהם להשתמש אורניום הרבה יותר לחלוטין.כורים אגוזיים רק אורניום נדיר U-235 איזוטופ, המהווה 0.7 אחוזים של טבעי. 99.3% הנותרים, U-238, הוא מפסל כמו צפיפות אורניום מדולדל או בשימוש למטרות לא-פיות כגון הגנה מפני שריון על תחמושתBRs, הופך את זה לפסולת של צריכת אנרגיה אחת נמוכה של צריכת דלק של צריכת אנרגיה.

ניכוי פסולת גרעינית ארוכה

ניהול פסולת גרעינית הוא אתגר מתמשך עבור התעשייה.דלק ספארי מכורים קלים מכיל תערובת של מוצרים משקעים (עם מחצית חיים קצרים) ואלמנטים טרנסטורניים כגון פלוטוניום, americium, ו curium. אלה טרנזינים אחראים על הרדיוקסיות לטווח הארוך של הפסולת, שנותר מסוכן עבור עשרות אלפי שנים של Furas יכול להיות מכוער, אפילו קשקשים של חומרים קלים קצרים יותר, אבל הם מציעים קשקשים.

גמישות של דלק

כורכור מהיר אינו מוגבל למחזור אורניום-פלוטוניום.מחזור הדלק של תל-אוריום הוא חלופה המציעה מספר אטרקציות. תוריום הוא בערך פי שלוש יותר בשפע מאשר אורניום בקרום כדור הארץ והוא מחולק באופן נרחב במדינות כמו הודו, טורקיה, וברזיל. תוריום-232 הוא פורייה, גידול U-233 בספקטרום מהיר או תרמי.

תוכניות תגובה מהירה בעולם

כמה מדינות רדפו אחר כורים מהירים כטכנולוגיית אנרגיה אסטרטגית.ההתקדמות לא הייתה אחידה, עם כמה תוכניות להשגת תפעול בקנה מידה מסחרי, בעוד אחרים נתקלו בעיכובים או ביטולים.

הודו הודו

בהודו יש את תוכנית הכור הצומח המהירה ביותר בקרב מדינות מתפתחות.תוכנית הגרעין תלת-שלבית, שנוצרה על ידי Homi Bhabha, חזיונות באמצעות אורניום טבעי כורים כבדים, ואחריו כורים מהירים שריפת פלוטוניום, ולבסוף צמיגים מבוססי דלק בשפע (FLT:0Prototypet Fast Breer Reactor) ב-BR) מופעלת גם על ידי טיפול עצמי קטן יותר, מאז טיפול תרופתי (Fäoled) הוא מופעל גם על ידי טיפול תרופתי (Rical-Färoled) ב-Färid) קרוב ל-Ric).

רוסיה רוסיה רוסיה

רוסיה מפעילה את ה-FLT:0.600FLT:1eur ו-FLT:2BN-800veFLT 3 כורים מהירים ב- Beloyarsk כוח גרעיני הצמח (BN-600) נמצא במבצע מסחרי מאז 1980, והדגימה את האמינות של מטוסי BN-800, שהחלו לפעול מסחרית בשנת 2016, היא יחידה גדולה יותר שנועדה לשרוף את ה-Fonol-R.

סין

סין הגדילה את תוכנית הכור המהיר שלה בשנים האחרונות.ה-FLT:0) ה-Ne-React Reactor הסיני (CEFR)FLT:1, 20 MWe sodium-cooled design, השיגה את הביקורת ב-2010 על הניסיון הזה, סין בונה את FLT:2CFR-600FLT 3: 3, הפגנת צי מ-600 מהר.

תוכניות אחרות

הכור של יפן מנגו, 280 MWe sodium-cooled FBR, הפעיל רק באופן ספונטני לפני שהושבת לצמיתות בשנת 2016 לאחר סדרה של כשלים טכניים ורגולטוריים. Superphénix של צרפת, לאחר ה- FBR הגדול בעולם ב 1200 MWe, נסגר בשנת 1998 בשל עלויות יתר ובעיות תפעוליות.

אתגרים טכניים וכלכליים

עלויות הון גבוהות ועיכובי בנייה

כורכור מהיר מורכב יותר מאשר כורים מים קלים.המערכות המתכת הנוזליות, מחליפי חום ביניים, גנרטורים אדים וציוד לטיפול בדלק דורשים ייצור מיוחד.הצורך של לולאה נתרן משנית ב SFRs מוסיף עלות משמעותית. לוחות הזמנים של בנייה כבר היסטורי: PFBR של הודו לקח יותר משני עשורים מתחילתו ועד השלמת, ו Superphén של צרפת מנוסים על פני שש מנות אנרגיה חיוניות.

תגיות קשורות Liquid Metal Coolants

בעוד כורים נתרן-קול פועלים בלחץ נמוך, הפחתת הסיכון לתאונות אובדן-of-coolant, תגובת הכימיקל של נתרן מציגה סכנות חדשות.תגובה של מים נתרן בגנרטור קיטור יכול לייצר מימן ו sorosive sodium hydroxide, אשר עשוי להוביל לשחפת ושריפות.

סיכון הפצה

FBRs לייצר פלוטוניום שניתן להסיט אותו עבור כלי נשק. plutonium bred בשמיכה הוא באיכות גבוהה של השימוש בנשק, המכילה שיעור גבוה של Pu-239.זה עשה היסטורי כורים גזעיים שנויים במחלוקת מנקודת מבט לא פולשנית, עם זאת, מחזורי דלק מודרניים יכולים להפחית את הסיכון הזה.

חומרים ביצועים והתנהגות דלק

ספקטרום הנוטרירון המהיר מזיק יותר לחומרי כור מאשר ספקטרום תרמי.ה גבוהה עקירה per atom (dpa) שיעורי נפיחות, brittlement, ו-Switch בפלדות מבניות. דלק cladding ורכיבי הליבה חייבים לעמוד בטמפרטורות גבוהות, סגסוגת נויטרונים גבוהה, וסביבות קורוזיות מתקדמות, פיזור תחמוצמי (ODS) חזק, ו-carbide ניסיוניים הם צורך בפיתוח דלק גבוה.

התפקיד של תגובה מהירה Breeder ב Decarbonization

בהקשר של שינויי האקלים, FBRs מציעים מסלול בקנה מידה גדול, אנרגיה פחמן נמוך שמשלים סולרית ורוח. בעוד מתחדשים להתמודד עם דור חשמל, חלקים משמעותיים של צריכת האנרגיה הגלובלית:0 גמר צריכת האנרגיה FLT:1 באים מדלקים מאובנים המשמשים לחום תעשייתי, תחבורה, ניזונים גרעיניים, במיוחד כורים מתקדמים עם טמפרטורות גבוהות, יכול לייצר חום עבור מימן, ייצור מהיר, ייצור אנרגיה, ייצור אנרגיה, דלק חם ודלקים ללא כוח חיים.

כאשר בשילוב של עיבוד מחדש ומחזור דלק סגור, מגדלים מהירים מתייחסים גם לסוגיית הצטברות פסולת גרעינית.שילוב זה של ניהול פסולת עם דור כוח להפחית את הצורך במאגרי גיאולוגיים קבועים ואת האופוזיציה הציבורית המשויכת.אם העולם הוא להשיג פליטות אפס נטו עד שנת 2050, כל טכנולוגיות פחמן נמוכות חייבות להיות בקנה מידה אגרסיבי.

ניתוח של הסוכנות לאנרגיה אטומית הבינלאומית (IAEALACFLT) 1 מציין כי כורים מהירים הם מרכיב מפתח של פיתוח אנרגיה גרעינית בר קיימא, המאפשר שימוש יעיל של אורניום וצמצום הפסולת ברמה גבוהה.ה-FLT:2Generation IV International Forum (GIFLT 3: 3 כולל שישה עיצובים של כור, שלושה מהם הם מהירים: הכור ה-Rol-Sol-coolating) המהיר (הפיתוח הבין-Ricol-R) המהיר (GIFoled) מהיר, פיתוח בינלאומי (GIFLT 3) מהיר, פיתוח מהיר, פיתוח מהיר, מהירות) מהיר, פיתוח , פיתוח , מהירות, , , , , מהירות, , רכזתחנה) מהיר, , , , , , , רכזתרגולציה (GIFLT 3, רכזתרגולציה (GIFLT 3, , , , , , , , , רכזת) מהיר, , , רכזת) מהיר, רכזת פיתוח בינלאומי (GIFLT 3, רכזת) מהיר, רכזת מהירה, רכזת) מהיר,

עתיד Outlook וחדשנות

אימוץ מסחרי של כור גזע מהיר דורש הדגמה של תחרותיות כלכלית, אמינות תפעולית וקבלה רגולטורית.כמה מגמות מעצבות את העתיד:

  • (FLT:0) כורים מהירים מודולריים:FLT:1 גדלים יחידה קטנה יותר (50-300 MWe) יכולים להפחית את עלויות ההון הקדמי, לאפשר ייצור המפעל, ולתאם את יכולות הרשת במדינות מתפתחות.עיצובים כמו הכור המוביל של ווסטינגהאוס ומושגים שונים של מלח מהיר היעד בשוק זה.
  • (FLT:0) טכנולוגיות עיבוד מתקדמות: FLT:1 , Pyrochemical reprocessing (המעבדה) במערכות מלח מלוטינות להימנע מההפרדה המסוכנת של פלוטוניום טהור, המציעה עמידות פולשנית פנימית. שיטה זו מפותחת ברוסיה, דרום קוריאה וארצות הברית.
  • (FLT:0) מערכות אנרגיה היברידיות:FLT:1 כורים מהירים ניתן לשלב עם מקורות אנרגיה מתחדשת, באמצעות הפלט התרמי שלהם לאחסון אנרגיה, חימום מחוזי, או ייצור מימן כאשר הביקוש לחשמל הוא נמוך.
  • (ה) תמיכה במדיניות הלאומית:0) מדינות כמו הודו, רוסיה וסין מחויבות לתוכניות כור מהיר כחלק מאסטרטגיות אנרגיה ארוכות טווח.ההתאחדות הגרעינית של העולם (WNA) 3, עוקב אחר פרויקטים של הדגמה והערכה של יכולתן בתנאי שוק שונים.

המפתח המאפשר את הצעד הוא הפעולה המוצלחת של כורים להדגמה כמו PFBR בהודו ו- CFR-600 בסין, אם יחידות אלה יכולות להשיג גורמי יכולת גבוהה ועלויות תחזוקה צפויות, הן יספקו את הנתונים הדרושים לפריסה מסחרית. שיתוף פעולה בינלאומי על תקני בטיחות ורשיון, בראשות הסוכנות לאנרגיה גרעינית של ה-FLT:0OECD (NEA)FLT:1, יזרז גם את האימוץ.

מסקנה: A Path Beyond Fosssil Fuels

כורים מהירים מייצגים טכנולוגיה של פוטנציאל עצום, אם כי אחד שהיה קשה מבחינה היסטורית להבין בקנה מידה מסחרי.היכולת שלהם להפוך אורניום מרוקן בשפע לדלק, להפחית את הפסולת הארוכה, ולאפשר מחזור דלק גרעיני סגור כתובות רבות של ביקורת המעמיקה בעוצמה גרעינית קונבנציונלית.העולם אינו צפוי לנטוש דלקים מאובניים ללא כל ספק פתרונות הכוללים אנרגיה גרעינית מהירה, אם הוא יכול לספק בהצלחה אנרגיה מתחדשת, הן על בסיס קבוע, הן על בסיס קבוע, הן על בסיס קבוע, הן על גבי אנרגיה מתחדשת, והן על בסיס קבוע, הן על ידי אנרגיה מתחדשת, הן על בסיס קבוע, והן על בסיס קבוע, הן על בסיס קבוע, והן על בסיס קבוע, הן על גבי מאות שנים.

האתגרים אינם טריוויאליים: עלויות הון גבוהות, בעיות כימיה מגניבות, חומרים עמידים, וסיכון התפוצה חייב להיות מנוהל עם הנדסת הקפדה ומחויבות פוליטית. עם זאת, התגמול הפוטנציאלי הוא גדול באותה מידה: אבטחת אנרגיה, פליטות פחמן נמוכות, ופרדיגמה חדשה לשימוש במדינות מוכן להשקיע את הזמן ומשאבים, מגדלי מהיר מציעים נתיב אמין כדי להפחית את התלות הגלובלית על דלקים מאובנים ולהבטיח אנרגיה נמוכה.