מעבר ל-Thermal: The Role of Fast Reactors in a Closed Nuclear Fuel Cycle

תעשיית הגרעין העולמית עומדת בפני חובה כפולה: שמירה על כוח פחמן נמוך אמין תוך ניהול הדלק שהוצא באחריות. כור מים מסורתיים (LWRs) לפעול על מחזור דלק פתוח, תמצית פחות מ-1% מהתוכן האנרגיה של אורניום אוהיר מורשת של פסולת גבוהה ברמת גבוהה. ניטרון מהיר (כורים מהירים) לשבור את הפרדיגמה זו.

מה הם מגיבים מהירים?

כורים מהירים שומרים על תגובת שרשרת של נפיחות באמצעות אנרגיה גבוהה (ארוחת) נויטרונים, בדרך כלל בטווח של 0.5 MeV ל 10 MeV. כי נויטרונים מהירים פחות צפויים להיספג אורניום-238 (איזוטופ בשפע), הליבה חייבת להיות עמוסה עם שיעור גבוה יותר של חומר פייתול (למשל, plutonium-239 או מועשר ביעילות רבה אורניום).

סוגים של תגובה מהירה

  • (FLT:0) Sodium-Cooled Fast Reactors (SFRs): 1 מסוג בוגר ביותר, עם עשרות שנים של ניסיון תפעולי מטיפוסים וצמחים בקנה מידה מסחרי יש תכונות העברת חום מצוינות ונקודת רתיחה גבוהה, המאפשר הכור לפעול בלחץ אווירי קרוב ל-Automix.
  • (FLT:0Lead-Cooled Fast Reactors (LFRs): מוביל 1 (או מוביל-bismuth eutectic) מציע אינטונציה עם אוויר ומים, צמצום הסיכון לתגובות כימיות אלימות.עופרת גבוהה של עופרת אישורי נקודה מרתיחה בטמפרטורות גבוהות מאוד, פוטנציאל שיפור יעילות תרמית.
  • (FLT:0)Gas-Cooled Fast Reactors (GFRs): FLT:1 היאלו-קולק כורים מהירים פועלים בטמפרטורות גבוהות מאוד (עד 850 ° C), המאפשר ייצור מימן או לעבד יישומים חום. GFRs פחות מפותח מאשר SFRs או LFRs, אבל הם מציעים את הפוטנציאל עבור טורבינות ישירות מחזור Helium ושיפור התנגדות בשל היעדר נתרן.

כמה מהר התגובות ניתנות לבריחת

נויטרונים מהירים נלכדים ביעילות על ידי אורניום-238, מה שממיר אותו לפלוטוניום -239 באמצעות לכידת נויטרונים ושתי טמאות בטא. כור מהיר יכול להיות מתוכנן לייצר יותר פלוטוניום פילאוניום מאשר זה צורכת - יחס "מבשל" גדול יותר מ 1.0.זה יכולת רבייה מאפשר למיצוי עד 70% של אנרגיה של אורניום טבעי (%) יותר עבור יתרום ארוך (n) משקעים קצרים יותר של אנרגיה) אפילו יותר של אנרגיה מתחדשת (R) לתוך ריאה לטווח ארוך יותר מאשר פחמן לטווח ארוך יותר מאשר ריאה (n) לתוך ריאה (n) לתוך ריאה (R) יותר מאשר פחמן לטווח ארוך יותר מאשר פחמן לטווח ארוך יותר מאשר ריאה (n) 000) 000 ארוך יותר מאשר ריאה) 000) אפילו יותר מאשר פחמן ארוך יותר מאשר פחמן לטווח ארוך יותר מאשר פחמן ארוך יותר מאשר ריאה (n) 000) 000) 000 זמן קצר יותר מאשר פחמן לטווח ארוך יותר מאשר ריאה (n) 000 זמן קצר יותר מאשר פחמן ארוך יותר מאשר פחמן ארוך יותר מאשר פחמן לטווח ארוך יותר מאשר פחמן לטווח ארוך יותר מאשר ריאה (n) 000) 000) 000) 000) 000 זמן קצר יותר מאשר ריאה (n) 000 זמן קצר יותר מאשר פחמן ארוך יותר

המונחים: the Closed Fuel Cycle Concept

מחזור דלק סגור כרוך עיבוד מחדש של דלק גרעיני בילה לשחזר אורניום ו פלוטוניום, ולאחר מכן ייצור חומרים אלה לתוך אלמנטים דלק חדשים.הפסולת המדרגה התחתונה הנותרים - בעיקר מוצרים מטושטשים וקטיניסטים קטנים - הוא מופרש עבור חיסול גיאולוגי. כורים מהירים הם חיוניים כי הם יכולים לצרוך ביעילות את הפלוטויום וקטיניים קטנים התאוששו משיקום, תוך שמירה על מספר מחזורים ללא רטיעת של מוצרים פגומים.

Reמעבד טכנולוגיות

  • (FLT:0) תהליך X Evolution:FLT:1 הסטנדרט התעשייתי הנוכחי מפריד פלוטוניום אורניום מדלק מושקע באמצעות מיצוי ממסים.זה מייצר תחמוצת פלוטוניום-אורניום מעורב (MOX) שניתן להשתמש בו הן בכורות תרמיות מהירות.עבור מחזורים סגורים במהירות, תהליך PUREX יכול להיות מותאם לכלול הפעלה קטין, התאוששות, למרות עלות כימיות.
  • (FLT:0) עיבוד מתקדם: FLT:1 Pyroמעבד (הפרדה אלקטרונית באמצעות מלחים מלוטנים) מפותח עבור כורים מהירים ממונעים. pyroמעבדing הוא קומפקטי יותר, עמיד יותר לנזק קרינה, ובאופן טבעי יותר התפשטות חלקיקים כי זה לא מייצר פלוטוניום טהור.

דלק ל- Fast Reactors

דלקים מהירים צריכים לעמוד בשריפה גבוהה, בטמפרטורות גבוהות, ושטף נויטרונים אינטנסיבי.שני סוגי הדלק העיקריים הם:

  • (FLT:0) Mixed Oxide (MOX): ההרחבה של דו-חמצני פלוטוניום ומדפי אורניום, המשמש בכורים מהירים נתרן כמו BN-800. MOX דומה ל-LWR MOX אך עם תוכן פלוטוניום גבוה יותר (20 עד 30%).
  • (FLT:0) Metal Alloyeur: 1 Uranium-plutonium-zirconium ⁇ s מציעים מוליכות תרמית גבוהה יותר ושיקום קל יותר באמצעות pyroמעבדing.הם משמשים בניסוי של US Breeder Reactor II (EBR-II) ומציעים עבור SFRs מתקדמים.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ דלק: 1FLT 1 מעורב אורניום-פלוטוניום נפטריד נחקר עבור כורים ממונעים מובילים בגלל נקודת ההיתוך הגבוהה שלו והתאמה עם מזחלות לא רצויות.

היתרונות של מגיבים מהירים ב-Fallow Cycle

המונחים: Efficiency

כורים מהירים יכולים לחלץ 50-70 פעמים יותר אנרגיה לטון אורניום מזוההה בהשוואה ל-LWRs במחזור פתוח.עם יחסי גידול עד 1.2-1.4, הם יכולים לייצר חומר פי כמה או יותר מאשר הם צורכים, להפוך אורניום מרוקן (שמאל מהעשרה) לדלק.הסוכנות האנרגיה האטומית הבינלאומית (EA) מעריכה כי משאבי אורניום עולמיים יכולים לקיים קצב מהיר עבור אלפי שנים: תגובה מהירה:

ניכוי ו Transmutation

כורים מהירים יכולים לפצח על מעשים קטנים, אשר אחרת ישלטו בגליון הרדיו ארוך הטווח של דלק בילו.מחקרים מראים כי מחזורי של כל אקטיניים במתקן מהיר יכול להפחית את נפח הפסולת ברמה גבוהה הדורשת סילוק גיאולוגי על ידי 80-90 אחוזים וקצר את זמן הנדרש ממאות אלפי שנים עד כמה מאות שנים.

ביטחון אנרגיה ועצמאות

מדינות ללא עתודות אורניום ילידיות יכולות להפוך לאנרגיה-עצמית על ידי מיחזור דלק מ-LWRs ושימוש בכורים מהירים כדי לייצר דלק חדש ממאגרי אורניום מפוסלים.צרפת ויפן השקיעו באסטרטגיות במעגל סגור כדי להפחית את ההסתמכות על אורניום מיובא.רוסיה מפעילה את הכור המהיר BN-800 ומתכננים לסגור את מעגל הדלק עבור הכור ה- BREST-300-עופרת שלה.

התנגדות

מחזור דלק סגור מעוצב היטב עם עיבוד מתקדם (למשל, pyroמעבדing) אינו מייצר פלוטוניום טהור; במקום זאת, הוא מייצר תערובת הכוללת אקטיניים קלים רדיואקטיביים מאוד, מה שהופך גניבה או דיבה הרבה יותר קשה.

אתגרים העומדים בפני תגובה מהירה

הנדסה טכנית והנדסת הרדלס

  • (ב) ⁇ :0) ⁇ : ⁇ 1 (סוריום 1) דורש גז חשאי ואווירה של אנרגון; דליפות גורם שריפות שקשה לכבות.
  • (FLT:0)Materials Degradation:FearLT:1 הפצצות נויטרונים באנרגיה גבוהה מבטלות אטומים בפלדות מבניות, גרימת נפיחות, brittlement, ו-Cratching חומרים חייב לעמוד בטמפרטורות מעל 600 מעלות צלזיוס סגסוגת מתקדמת סגסוגת ו- oxide-dispersion-dispersion-strthened (ODS) הם נבדקים, אבל ביצועים ארוכי טווח נותר מוגבל נתונים.
  • (FLT:0) עיבוד ודלק אינטגרציה: FIRLT:1) סגירת מחזור הדלק דורש מתקנים לעיבוד בקנה מידה תעשייתי המסוגל לטפל בדלק מהיר רדיואקטיבי גבוה.התשתית הנדרשת היא יקרה וכיום קיימת רק במדינות מסוימות (צרפת, רוסיה, יפן בקנה מידה קטן יותר).

אחריות כלכלית

כורים מהירים יש עלויות הון גבוהות יותר מאשר LWRs בגלל מערכות קירור מורכבות, מעגלים ביניים, ותכונות בטיחות מתקדמות.עלות הבנייה של SFR גדול (למשל, 800 MWe) כבר היסטורי 1.5-2 פעמים כי של LWR דומה, עם זאת, הכלכלה השתפרה כאשר קופות מהירות מוכפלות הטבות דלק יקר: עלות של חשמל משולבות מערכת אנרגיה סגורה, אך לא ניתן להגדיל את עלויות הפחתת שומן במהירות (V) אם כי אם כי אם כי אם כיונאות מהירה (ה) ללא אספקת דלק במהירות גבוהה יותר, אך לא ניתן יהיה מחירורידות) או מהירות גבוהה יותר, אך לא ניתן יהיה עלות גבוהה יותר, אם כי אם כי אם כיאות מהירות גבוהה יותר, אם כיבית גבוהה יותר, אם כיבית גבוהה יותר, אם כיבית גבוהה יותר, אם כיבית גבוהה יותר, אם כיבית גבוהה יותר, אם כיבית גבוהה יותר, אם כיבית גבוהה יותר, אם כיבית גבוהה יותר, אם כיבית גבוהה יותר, אם כיבית גבוהה יותר, אם כיבית מהירה של ציוד אנרגיה משולבת של ציוד אנרגיה משולבת (R.

בטיחות ותקנות

כורים מהירים חייבים להיות נועדו להימנע מתגובה של נתרן מים (ב SFRs) או תגובות אוויריות מובילות (ב-LFRs) הם גם צריכים לנהל את ה- רִיק חסכוני חיובי - אם רתיחה קרירה או אבודה, תגובתיות יכולה להגדיל.עיצובים מודרניים משלבים תכונות בטיחות פסיביות (למשל, הסרת חום פסולת טבעית, משוב שלילי מהתפשטות דלק) המונעים נזק ליבה אפילו במקרה של תרחישים לא מפותחים; לעתים קרובות.

פיתוחים גלובליים ב- Fast Reactor Technology

רוסיה: המנהיג העולמי במבצעי SFR

רוסיה מפעילה את BN-600 (600 MWth / 560 MWe, מאז 1980) ואת BN-800 (800 MWe, תפעול מסחרי מאז 2016) במפעל Beloyarsk. Both are sodium-coolated Pool-types.n-800 הוא הכור המהיר הגדול ביותר במבצע ומשמש לבדיקת דלק MOX ו-Tramutation של Transinide, רוסיה סגורה בשלב הבא של ה-Folation: 1Folation, הוא מתקן דלק מהיר, אשר יהיה משולב, והוא משמש את ה-FR-Folation, והוא יהיה משולב באופן מלא, בין השנים 300, אשר יהיה משולב, אשר יהיה עם מחזור דלק מהיר, והוא משמש כדי להפעיל את ה-FLTFR.

צרפת: Phénix, Superphénix ו- ASTRID

צרפת בנתה ופעילה את ה- Phénix (250 MWe, 1974–2009) וסופרפיניקס (1,240 MWe, 1985-1998) כורים לתחיית נתינה (סופרפיניקס) היה הכור המהיר הגדול ביותר שנבנה אך סבל מבעיות טכניות, עלות עלות על פני השטח, והתנגדות פוליטית.הפחתת שיעורים מתוכנית זו הודיעה על ה- ASTRID (התקדמות Sodium טכנולוגית עבור stration), כלומר, כלומר, ה-RID, היא בעלת מגבלות תעשייתיות, לעומת זאת, כלומר, כלומר, ה-ידי תוכנית זו, ה-600.

הודו: The Prototype Fast Breeder Reactor (PFBR)

הודו בונה את 500 MWe PFBR ב Kalpakkam, כור מהיר נתרן כי צפוי להגיע קריטיות בקרוב.זה משתמש דלק אורניום-plutonium MOX והוא אבן הפינה של הודו עבור מחזור דלק סגור המנצל את רזרבות שלה thorium בשפע.

סין: התרחבות מהירה של מחקר תגובה מהירה

סין ניסויי תגובה מהירה (CEFR, 65MWth/20 MWe) השיגה ביקורתיות בשנת 2010 ושימשה עבור חומרים בדיקות ומפעילים הכשרה.המדינה בונה את הכור המהיר CFR-600 MWe), המתוכנן להשלמת באמצע שנת 2020.סין מתכננת לפרוס צי של כורים מהירים כחלק מאסטרטגיה האנרגיה ארוכת הטווח שלה כדי להפחית את התלות והגזול של LWR.

יפן וארצות הברית

יפן מונסאגה (280 MWe) פעלה לסירוגין בין 1994 ל-2010, ונסגרה לצמיתות לאחר דליפת נתרן.יפן ממשיכה לחקור על יפן סויום-קולed Fast Reactor (JSFR) עיצוב ומעבד מחדש טכנולוגיה.האמריקאים סגרו את תוכניות הכור המהיר שלה - Eximental Breeder Reactor II (EBR-II) ו-Fluxility Test Fac) מהיר (FFinal RUS) שהוחזקוריד (N) ב-Fair Research) אך ורק ב-Fairo-Fairoal Ergical RUS) אך הציע מחקר מהיר (Fairo-Fair RePU) אך הוא פרויקט RUS) ו-Faired RUS) ו-Fair RePUEDRICRICRICRICRICRICRICRICRICRICRICRICRICRICRIA) אך הציע ל-RICRICRICR.

עתיד Outlook ומתכננים

תגובה מהירה מודולרית

כמה חברות מתפתחות כורים מהירים מודולריים קטנים (SMFRs) עם תפוקת חשמל בין 50 ל-300 MWe. עיצובים אלה נועדו להפחית את עלות ההון באמצעות ייצור המפעל, מקרים פשוטים יותר בטיחות (למשל, הסרת חום פסיבי לחלוטין), וגמישות עבור יישומים מרוחקים או מחוץ לריד.

  • (FLT:0 ARC-100IRFLT:1) (הופנה מהדףים מתקדמים, ארה"ב): כור מהיר בעל 100 מ"ר נתרן-קול מבוסס על טכנולוגיית EBR-II, עם הליבה של דלק מתכת ורווחת דלק מחדש של 20 שנה.
  • (FLT:0)SEALERIRLT:1 (LeadCold, שוודיה): כור מהיר מוביל המיועד לקהילות מרוחקות בקנדה, באמצעות דלק ניטריד אורניום וגרעין קומפקטי.
  • (FLT:0SMR-160igFLT:1) (Holtec, US/בריטניה): למרות שלא כור מהיר, הוא משתמש בטכנולוגיית PWR מתקדמת; רבים מסוג מהיר עדיין הם מושגים.

פורום הדור הרביעי (GIF)

ה- GIF בחר שש טכנולוגיות כור לפיתוח ארוך טווח, כולל שלושה סוגים של כור מהיר: נתרן-נוכל, מוביל-מול, וכורים מהירים של גזים, שמשתפים פעולה על מחקר, תקני בטיחות ושילוב מחזור דלק.מערכות הכור המהיר של GIF נועדו להשיג פריסה מסחרית עד 2035 עד 50, בהתאם לסדרי עדיפויות אזוריות.

כלכלה סגורה ב-Caldledal Cycle

כדי להפוך את מחזור הדלק הסגור מבחינה כלכלית, צי "סימביוטי" מוצע: LWRs לספק פלוטוניום ראשוני עבור סטארט-אפ מהיר, וכורים מהירים ואז לייצר דלק נוסף לעצמם ולספק סילוק של פועלים קטנים.ל.העלות המדרגת של חשמל עבור צי כזה יכול להיות גבוה פי 10-20% מאשר LWRs בתחילה, אבל חיסכון ארוך טווח מפסולת ומיצוי אורניום עשוי לפצות את התמחור של פחמן, או תמחור.

מסקנה

כורים מהירים מייצגים צעד טרנספורמטיבי באנרגיה גרעינית, המאפשר מחזור דלק סגור הממקסים את ניצול המשאבים, מצמצם את הפסולת, ומשפר כורי הדגמה לא-הפצתם, ניסיוניים וההפגנה ברחבי העולם הוכיחו את הפיזיקה הבסיסית ואת יכולת ההנדסה, אך אימוץ מסחרי מסתכם בעלויות גבוהות, מורכבות טכנולוגית, ואת קצב איטי של השקעות גרעיניות נמשך שיתוף נתונים מ- BN-FR, ו-BRre-Res-ACTre-Res-ACTre אנרגיה, עם עלויות מתקדמות, עם עלויות מתקדמות, ו-HD-HD-HD-HD-Res-HD-HD-Res-HD-Res-Res-Res-Res-Res-Res-HD-Re-Re-Re-Re-Re-Fre-Resur-Resur-Resur-Re-Re-Resur-Re-Fre-Fre-Fre-Res-Re-upal-Resur-and-uptions-Resur-uptions-Res-Resur-Res-and-Res-Resur-Resur-Res-Re-Re-Re-Resur-Resur-Resur

[ה] [ה]] [ה]: [ה] [ה] [ה]] [ה]: [ה] [ה]] [ה]]] [ה]]][ה]]]]] [ה']: [ה'] [ה']'[ה']'[ה']'[ה']']'[ה']']'[ה'[ה']']']'[ה']']']'[ה'[ה']'[ה'[ה'[ה'[ה'[ה'[ה']']']'[ה'[ה'[ה'[ה']']']']'[ה']'[ה'[ה'[ה']']']']']']']'[ה'[ה']']'[ה']']'[ה']']'[ה'[ה']'[ה'[ה']'[ה']']'[ה']']'[ה'[ה'['['[ה'[