האתגר הגדול של פסולת גרעינית

הצטברות של דלק גרעיני מעשרות שנים של ייצור חשמל מסחרי מציגה את אחד האתגרים הסביבתיים והביטחוניים המתמשכים ביותר של העידן האטומי.רוב המדינות המונעות כיום את הפסולת הגבוהה הזו במתקנים המונדסים, המתכננות לסילוק מוחלט של צמחיות גיאולוגיות עמוקות – פתרון שדורש מיצוי של מאות אלפי שנים בלבד.

מה הם מגיבים עצביים מהירים?

כור נויטרונים מהירים מייצגים מעמד ייחודי של כור גרעיני שנועד לקיים תגובת שרשרת באמצעות נויטרונים באנרגיה גבוהה, בניגוד לערפיליות תרמיות (נמוכות) המשמשות בכורים קלים (LWRs) ועיצובים קונבנציונליים אחרים.המאפיין של FNR הוא היעדרו של מודול נויטרונים - חומר כמו מים או גרפיט אשר מאפשרים תגובה תרמית של 2Va) עם ספקטרום אנרגיה גבוהה.

הפיזיקה מאחורי כורים מהירים היא קריטית לפוטנציאל ההפחתה של הפסולת שלהם.בספקטרום המהיר, ההסתברות של סדקים עבור איזוטופים כבדים מסוימים, במיוחד פלוטוניום 239 והקטיניידים, גבוהה משמעותית יחסית ללכידת תגובות שגורמות לדלקת אורניום גבוהה יותר מאשר דלקים קלים יותר, בנוסף, נויטרונים מהירים יכולים להמיר ביעילות חומרים פוריים כמו 238 (שעושים מעל 99% טבעי) לתוך תהליך זה ישירות לדלקתי מים, לעומת 50 גרם של דלק מהיר.

מבחינה היסטורית, פיתוח כור מהיר החל בשנות ה-40 וה-50, עם הכור המהיר הראשון ניסיוני, קלמנטין, השגת ביקורת בארצות הברית בשנת 1946.הברית המועצות הובילה את העולם בכורים מהירים תפעוליים, עם ה- BN-350 ו- BN-600 (1980), האחרון עדיין פועל כיום על ידי תוכניות ייצור ראשוניות של אנרגיה מ-250 כורים מ-1973 עד 1200 ו- 1,200 מ"ח"ח"ח"ח"ד"מ-"ד"ד"ד"ד"ד"ד"ד"ד"ד"ר"ר"ר"ר"ר, אך מדגישהרכבות"ר מ-600"ר מ-600"ד, אך בעיקר על מנת להדגיש את תוכניות ייצור כלי נשק מודרני יותר ויותר, אך בעיקר על ידי ייצור של תעשיית הדלק המודרנית, אך בעיקר על ידי תעשיית הדלק, אך החל מ-"ר מאז ועד למכוניות ייצור כלי נשק, אך בעיקרורטיות, אך החל כיום.

עיצוב ובחירה מגניבה

מכיוון שערפיליות מהירות דורשות ליבה צפופה עם מלאי גבוה והסרת חום יעילה, כורים מהירים מסתמכים על קירור עם תכונות העברה חום מעולה ומתינות נויטרונים נמוכה.שלוש טכנולוגיות קירור ראשוניות פותחו והוכחו בקנה מידה: נתרן נוזלי, להוביל (או מוביל-ביו-מולטי), גז הליום מציעות נפרדות.

  • (FLT:0)Liquid Sodium: FLT:1 , הכור המהיר הנפוץ ביותר, עם עשרות שנים של ניסיון מבצעי ברוסיה (BN-600 /BN-800), צרפת (Phénix, Superphénix), יפן (Joyo, Monju), והודו (FBTR) יש נקודה מרתיחה גבוהה (88C), התנהגות תרמית מעולה, ואינו דורש תגובות דביקות, כמו גם תכונות של מים, אך לא סדירות, כמו גם כן, הן ממות, הן אינן יכולות להגיב באופן משמעותי, כמו גם כן, הן לא ניתן לחיקוי, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם על ידי שימוש בתכונות של מים קרירות, ולכן לא סדירות, כמו גם כן, כמו גם על ידי ⁇ , ולכן, ולכן, ולכן, ולכן, עם תכונות בטיחותיות בינונית, עם מחלות אוויריות, ולכן לא ניתן לשיטות בטיחותיות, עם מחלות כרוניות, עם ⁇ , הן קבועות, עם תכונות קבועות, ללא תופעות לוואי, ללא לחץ דם, ללא תופעות לוואי, ולכן לא סדירות, ולכן לא סדירות, כמו גם כן, ולכן לא ניתן להגיב באופן קבועות, כמו גם
  • (FLT:0Lead or Lead-Bismuth Eutectic (LBE): עופרת 1:001 קירור מבוסס מוביל מציעים יתרונות בטיחות על נתרן כי הם אינרציה כימית באוויר ומים, חיסול הסיכון לתגובות אנרגטיות.LBE שימשה כורי צוללות רוסיים (Alfa-class) והוא הבסיס למספר עיצובים הבאים, כגון BROD-ERUSC גבוה (עופרת) ו- 10 ° C.
  • (FLT:0) Helium Gas:FLT:1 Gas-cooled כורים מהירים (GFRs) להשתמש Helium בלחץ גבוה כמו קירור, המאפשר ניתוח מחזור ישיר בטמפרטורות מעל 850 מעלות צלזיוס, המאפשר יעילות תרמודינמית גבוהה ויישומים פוטנציאליים של תהליך חום. GFR טכנולוגיה הוא פחות בוגר או להוביל, ללא אבטיפוס בקנה מידה מלא עדיין בנוי הברית עבור פתרונות מתקדמים ופתרונות לטווח ארוך כמו גם דורש חומרים לפיתוח בינלאומי.

בכל עיצובי FNR, אסיפות הדלק חייבות לעמוד בשטף נויטרונים גבוה וטמפרטורות. אפשרויות דלק כוללות תחמוצת תחמוצת מעורבת (MOX, תערובת של אורניום ו- plutonium oxides), ⁇ מתכתית (בדרך כלל אורניום-plutonium-zirconium), ו- carbide או nitride דלקים הוכיחו מוצרי שימור מצוינים ושורפים גבוהים בניסוי EII-US, בעוד שטופים מסחריים רבים מעדיפים דלקים.

כמה מהר מגיבים ניוטרון להפחית פסולת גרעינית

יכולת ההפחתה של כורים מהירים נובעת מיכולתם לחדור את האלמנטים הטרנסאורניים הוותיקים השולטים ברדיוקסיות של דלק גרעיני מובזבז, כאשר הם עוברים דלק מכור תרמי מעובד, בערך 96% מהמסה היא אורניום (בעיקר U-238), 1% הוא פלוטוניום אחראי באופן משמעותי, 23% הם מוצרי מטושטש (כמו cesium-137 ו-Truntium), והם רק פחות מ-160 שנים, אך לא מזיקות, אך לא מזיקות, אך לא מזיקות, אך לא מזיקות, אך ורק על פני כדוריות לטווח קצר).

בספקטרום נויטרונים מהיר, ניתן לזינוק את הטראורניות הללו ביעילות, להפוך אותם לתערובת של מוצרים קצרים-מועדיים של סדקים.לדוגמה, את ההיקף של פלוטוניום יחיד 239 משחרר בערך 200 מ"ר אנרגיה ומייצרת שני גרעינים קטנים יותר שבדרך כלל יש להם חצי-חיים של עשרות שנים או פחות ברציפות על ידי האכלה של אלה איזוטופים בחזרה לתוך הכור, לעתים קרובות יכול להיות מופחת של "ל" מ" עד 10 ליטר ישיר של דלק זה יכול להיות מופחת על ידי "ל" או יותר מ" מ" מ" פירושו של 100 ליטר של דלק ישיר של 10 פעמים.

סגירת מעגל הדלק הגרעיני

(FLT:0) מעגל דלק סגור, שבו הדלק השקיע מעובד לשחזר פלוטוניום וטראנסורינים אחרים לשימוש חוזר בכורים מהירים, הוא המפתח להפחתה של הפסולת ויעילות משאבים.

עיבוד טכנולוגיות, כגון תהליך PUREX, יכול להפריד פלוטוניום ואורניום ממוצרים סדקים.עם זאת, כדי להשיג הפחתה משמעותית של פסולת, שיטות הפרדה מתקדמות (למשל, ganEX, SAEX) נדרשים לחלץ את כל מוצרי טרנסאוריטניקה יחד ללא בידוד קבוע של מאות שנים, כי הם מונעים בעיות הפצת נשק ומזינים תוכנית רב-מחזורית, לאחר מכן הם מופרדים לתוך קרמיקה מהירה יותר, לאחר מכן, לאחר מכן, 000 נוזל קירור זמן קצר יותר, לאחר מכן, לאחר מכן, 000 נוזל לתוך קרמיקה, 000 נוזל לתוך קרמיקה, 000 נוזל לתוך קרמיקה, 000 נוזל קצר יותר, לאחר מכן, לאחר מכן, 000 נוזל לתוך קרמיקה, 000 נוזל ארוך יותר, 000 נוזל לתוך קרמיקה, 000 נוזל לתוך קרמיקה, 000.

השפעה זמנית על פסולת

על פי מחקרים שנערכו על ידי הסוכנות לאנרגיה אטומית הבינלאומית לאנרגיה אטומית של 2018 ומעבדות לאומיות, צי של כורים מהירים הפועלים במחזור סגור יכול להפחית את המסה של פסולת ברמה גבוהה הדורשת אספקת כור קבוע על ידי יותר מ -90% ביחס למחזור חד פעמי של צריכת פסולת מהירה (באמצעות רמות פיזור גבוהות יותר של אנרגיה), אשר פועל בטווח הארוך של מחזור דלק סגור עם FNRs יהיה על פני אחת גבוהה יותר משיטות דלק, אשר משמשות של צריכת דלק רחב יותר של פסולת, אשר משמשות, כמו גם כן, אשר פועל קיבולת גבוהה יותר של צריכת דלק, אשר פועל על ידי הגבלת זמן גבוהה יותר של צריכת חשמל נוזלית, אשר מופעלת, אשר פועל על ידי הגבלת זמן גבוהה יותר של צריכת חשמל מבוזרת, אשר מופעלת, אשר מופעלת היקף יעיל יותר של צריכת חשמל גבוהה יותר של קיבולת גבוהה יותר של קיבולת גבוהה יותר של קיבולת גבוהה יותר של צריכת חשמל נוזלית, אשר פועל על ידי קיבולת גבוהה יותר של קיבולת גבוהה יותר של קיבולת גבוהה יותר של צריכת חשמל גבוהה יותר של קיבולת גבוהה יותר של צריכת חשמל גבוהה של צריכת חשמל גבוהה יותר של קיבולת גבוהה של קיבולת גבוהה יותר של קיבולת גבוהה יותר של קיבולת גבוהה של קיבולת גבוהה יותר של קיבולת גבוהה של

יתרונות של תגובה מהירה Neutron לניהול פסולת

היתרונות העיקריים של FNRs להאריך מעבר להפחתה של פסולת בלבד, היכולת שלהם לחלץ כמעט את כל האנרגיה של אורניום ומשאבים thorium הופכת אותם אבן הפינה של אנרגיה גרעינית בת קיימא.

  • (FLT:0) Transuranic Burn-Up:FLT:1 תחת אופטימיזציה של ערפילית מהירה, FNR יחיד יכול לשרוף יותר מ 30 ק"ג של אלמנטים טרנסאורניים לכל טון של דלק מעובד.ב 1000 MWe FNR, המתורגמת ל- 50-100 ק"ג בשנה של אקטיניים קטנים שנהרסו, בהתאם לתכנון הליבה ולרכב.
  • (FLT:0) לחנך מילינג ומלינג: קיד 1) על ידי שימוש בדלק ממוחזר ו המרת U-238 לחומר חדש פישל, כורים מהירים להפחית את הצורך כריית אורניום חדשה על ידי גורם של 50-100 בהשוואה לכורים פעם אחת.זה מקטין את ההשפעה הסביבתית של החילוץ, עיבוד, וטיפוח וניהול זנב באתרי שלי.
  • (FLT:0) בתנאי אחסון לטווח ארוך: ראטל:1 עם שכירות רדיו מבזבזת עד לרמת האורניום הטבעי בתוך 200-500 שנים במקום 200 עד 200 000 שנים, הנטל על מאגר גיאולוגי הוא מאוד מופחת.זה אומר פחות שרידים נדרשים, והם יכולים להיות מעוצבים עם תכונות בטיחות פשוטות יותר, יותר פסיביות.
  • (FLT:0) חיקוי בדלק:FLT:1 כורים מהירים ניתן להתחיל על אורניום מועשר, MOX, או אפילו דלקים פלוטוניום טהור, וניתן לשנות בהדרגה לדלקים המכילים כמויות גדלות של אקטיניים קטנים. גמישות זו מאפשרת מבוא בשלב זה כמו עיבוד תשתיות.
  • (FLT:0) ,פונטני לפירוק נשק-Grade פלוטוניום: כורים מהירים יכולים לשמש אמצעי בטוח ופרודוקטיבי לצרוך פלוטוניום של נשק עודף, להמיר אותו לאנרגיה תוך הפיכתו לבלתי נגיש לשימוש בנשק.

אתגרים וההורגלים ל- Fast Neutron Deployment

למרות היתרונות המשכנעים הללו, אף מדינה טרם ביצעה כור מסחרי מהיר הפועל בעיקר לחלוף הפסולת. נותרו מכשולים טכניים, כלכליים ומוסדיים רבים.

אתגרים טכניים

  • (FLT:0)Materials Degradation:FreaLT:1) ערפילית האנרגיה גבוהה של פלוקס כורים מהירים הוא בערך 10 פעמים מזיק יותר לחומרים מבניים מאשר בכורים תרמיים. פלדות ללא סטטינים וסגסוגת המבוסס ניקל חווים נפיחות, גילוח, ומצמריש בחומרים מתקדמים כגון פיזור חדוריגולציה חד-חמצני ו refractory הם עדיין לא סגסוגת לטווח ארוך, אבל עדיין לא מוסמך של שירות.
  • (FLT:0) Sodium Handling and Safety:FLT:1 בעוד נתרן מגניב מציע הסרת חום מעולה, תגובתו הכימית דורשת פתרונות הנדסיים מורכבים: לולאות נתרן ביניים לבודד את טורבינות, גזים חשאיים ומערכות כדי לזהות ולדחיק שריפות נתרן.ה כור המונדה היפני נסגר במשך יותר מעשור לאחר דליפת נתרן בשנת 1995, תוך הדגשת הקושי בתחזוקה.
  • (FLT:0) מורכבות של מרקם:FLT:1 ייצור דלק המכיל americium ו curium מציג אתגרים ייחודיים.חומרים אלה הם רדיואקטיביים מאוד ודורשים טיפול מרחוק בתאים חמים מוגנים. Am-241 במיוחד פולטים קרני גמא חזק, מה שהופך את שילובו לתוך אגן דלק קשה.
  • (FLT:0) בקרת בטיחות ובטיחות: 1.FLT:1 כורים מהירים יש שבריר נויטרונים מהירה יותר וסוליום חיובי רִיק רִיק רִיק רִיק בעיצובים מסוימים, כלומר אובדן של קירור יכול להגדיל את הפעילות מחדש.עיצובים מודרניים משלבים תכונות בטיחות פסיביות כגון הרחבת גז, שליטה על קווי כונן מוט עם ירידה כוח הכבידה, ומנגנוני משוב טעומים כדי להבטיח שתוקק ללא הפעלת פעולה בתרחישים.

גדרות כלכליות ותקנות

כורים מהירים יקרים יותר לבנות מאשר כורים קלים מים בשל הצורך בקירות כלי שיט עבים, ממציאים מגניבים גדולים, מערכות תחבורה חום ביניים, ומתקני תחזוקה מרחוק.העלות הון של כור מהיר נתרן מוערך להיות 30-50% גבוה יותר משווה ערך LWR, גם לאחר השפעות למידה.זמני הבנייה והאי ודאות הרגולטורית הרתיעו השקעות פרטיות, עם רוב ההסתמכות על מימון ממשלתי.

מסגרות תגמול ברוב המדינות פותחו עבור כורים תרמיים ולא יכלו לטפל כראוי את המאפיינים הייחודיים של FNRs - במיוחד תרחישים תאונה מגניב נתרן ושימוש דלקים ממוחזרים המכילים אקטיניים קטנים. Licensing כור מהיר ראשון מסוגו מסוגו של פעולה מסחרית יכול לקחת עשור או יותר, כפי שנראה בארה"ב עם הדגמה של Clinched Riverered Brenchered (R) ו-Moderance for , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , צמיגים מתוכנן עבור ניסיון רישוי מתמשך עבור נריומינרטורנר"מחץ עבור , , , עבור , , , , , עבור פעילות רישוי פעיל עבור נריומינר"מעודכן עבור נריומינר"מחץ עבור נריומינר"מחץ עבור נריומינר"מחץ מתמשך עבור נריומינר"מחץ עבור פעילות מסחרית,

תוכניות תגובה מהירות ברחבי העולם

רק קומץ מדינות שומרות על תוכניות פיתוח כור מהיר פעיל, אבל אלה שעושות את הטכנולוגיה חיונית לאסטרטגיות האנרגיה והבזבוז לטווח הארוך שלהם.

  • (FLT:0 Russia:cioFLT:1) האומה המובילה בפריסת כור מהיר.The BN-600 (600 MWe) פועלת מאז 1980, והגדולה BN-800 (880 MWe) החלה לפעול מסחרית בשנת 2016. Both use sodium Coolant.
  • הודו מפעילה את תגובת מבחן ה- 40MWt Fast Breeder Test Reactor (FBTR) ב Kalpakkam מאז 1985, באמצעות דלק מעורבב של carbide. 500 MWe Prototype Fast Breeder Test Reactor (PFBR) נמצאת בבנייה וצפויה להגיע קריטיות זמן קצר, עם תוכניות לצי של שישה כורים מהירים נוספים עד 2035 צפיות מהירות השימוש במשאבים חיוניים כדי פרימיים.
  • סין:0 China:BuildFLT:1 ; סין יש 65 מ"מ תגובה מהירה ניסיונית בסין (CEFR) בפעולה מאז 2010, בשימוש בחומרים ובדיקות דלקים. A 600 MWe China Demonstration Fast Reactor (CDFR) הוא בפיתוח, עם בנייה הצפויה להתחיל בסוף 2020s.
  • (FLT:0 Japan:veFLT:1) לאחר הכור מונגו נסגר לצמיתות בשנת 2016, יפן שומרת על כור הניסוי Joyo (100MWt) למחקרי אי-הדמיה וממשיך מחקר על כור כרומוזום-קוע ולהוביל-bismuth מהר כור באמצעות סוכנות האנרגיה האטומית היפנית (JAEA), תוך התמקדות בבזבוז פסולת.
  • (FLT:0) ארצות הברית: ⁇ FLT:1 לא פועל כורים מהירים מאז EBR-II (shutdown 1994) ו FFTF (shutdown 1992) עם זאת, מחלקת האנרגיה של ארה"ב מממנת את הכור נטוריום (a 345 MWe sodium-cooled fast כור מהיר עם מערכת אחסון מלח משולבת) שפותחה על ידי TerraPower ו- GEachi, שנבחרה כתוכנית מתקדמת של 186p.
  • (FLT:0) France:veFLT:1 , Phénix ו Superphénix הם שניהם מועתקים.הפרויקט ASTRID, שנועד להפגין טרנספורמציה פסולת, בוטל בשנת 2019. צרפת מתמקדת כיום בטכנולוגיה מתקדמת לעיבוד PUREX ותמיכה בפיתוח כור מהיר בינלאומי באמצעות CEA ו Framatome.

ארגונים בינלאומיים כגון:0.17.2017GIFLT (GIF) ממשיכים לתאם מחקר כור מהיר בין המדינות החברות, עם דגש על בטיחות, קיימות, ו un-proliferation.IEA שומרת מסדי נתונים ומארגן כנסים כדי להקל על שיתוף הידע.

עתיד ה-FNRs באסטרטגיה לניהול פסולת

השילוב של כורי נויטרונים מהירים לתוך מערכות ניהול פסולת לאומית צפוי להתרחש בשלבים. הראשון, LWRs קיים להמשיך לפעול תוך מיצוי דלק הוא מאוחסן עיבוד מחדש.שני, צמחים עיבוד טייס בנוי כדי להפריד טרנסוורניקה מ LWR ביל דלק. השלישי, הטראנסוריאנים מופרדים מוטבעים לתוך דלק עבור הראשון מסוגו-של כורים מהירים, החל מפעולות חשמל מתקדמות, וניתן לעבד בהדרגה.

יכולת כלכלית תדרוש בניית כורים מהירים בסדרה כדי ללכוד אפקטים למידה וכלכלות בקנה מידה. הגודל של הצי האופטימלי תלוי בכמות הדלק המבזבז להיות נצרך ואת השיעור שבו הפסולת החדשה LWR מיוצרת.מודלing על ידי סוכנות האנרגיה הגרעינית של ה-OECD מציע כי שילוב של עיבוד מחדש וכורים מהירים הופך להיות תחרותי עם מוגבלות פעם אחת כאשר המחירים עולים מעל $ 20 / ק"ג (מחירים זמניים) נמצאים סביב מחיר פחמן לטווח ארוך, כולל $ 60.

חששות שאינם הפצתיים נשארים מחזור דלק סגור הכולל זרמי פלוטוניום טהורים מעלה סיכונים התפוצה. תהליכי הפרדה מתקדמים כמו UREX+ סדרה נועדו לשמור על פלוטוניום מעורב עם אקטיניים קטנים - זה "הסתוע" פלוטוניום הוא פחות אטרקטיבי לשימוש בנשק כי זה דורש הפרדה מורכבת הואטופית כדי להסיר את הטרום המטומטם של כור גרעינים, בנוסף לאפקטיביים מהירים כגון מפונקיום מהיר, כמו אלה, כמו אלה יכולים להיות מאפקטים מהירים, כמו משככי חום, כמו משככי כאבים.

קבלת הפנים והחריגה תהיה תלויה בביצועי הבטיחות המוכחים.הפרויקטים הקיימים של BN-600 ו- BN-800 צברו מעל 80 שנות כורים של תפעול בטוח, המספקים שיא תפעולי חזק.הפרויקטים המתוכננים בארה"ב, הודו וסין תצטרך לשכפל את הביצועים האלה בסביבות הרגולציה בהתאמה שלהם.אימון דור חדש של מהנדסים ומפעילים עם טיפול נתרן מהיר הוא גם חיוני.

מסקנה

באמצעות כור נויטרונים מהירים מציעים כלי בוגר ועוצמתי מבחינה טכנית לצמצום מלאי הפסולת הרדיואקטיביים הממושך שצברו מעשרות שנים של ייצור חשמל גרעיני, על ידי פתיחת מחזור דלק סגור שבו הדלק המבלה את הצטבר והאלמנטים הטרנס-אורניים המתקדמים כיום, בעוד ש-FNRs יכולים לכווץ את היקף הפסולת הגרעינית של כורים הגבוהים, תוך כדי צמצום של מאות שנים של אנרגיה גרעינית, אך ורק כדי שיפור מהיר של אנרגיה גרעינית, אך ורק 100 שנים, אך לא ניתן יהיה צורך ב- 100 שנים של אנרגיה גרעינית, אך ורק כדי שיפור משקל מהיר של אנרגיה גרעינית, אך ורק כדי שיפור משקל מהיר של אנרגיה, אך ורק לאחר מכן, בעודם, תוך כדי שיפור משמעותי של אנרגיה גרעינית, תוך כדי שיפור משמעותי של אנרגיה, בעודם של זמן רב יותר, תוך כדי שיפור משמעותי של אנרגיה, תוך כדי שיפור משקלו של אנרגיה גרעינית, בעודם של אנרגיה, בעודם של אנרגיה, תוך כדי שיפור משקל מהיר של אנרגיה, תוך כדי שיפור משמעותי, תוך כדי שיפור משמעותי של ייצור אנרגיה גרעינית, בעוד שעדיין לא יכול להפחית את היקף פסולת, תוך כדי שיפור משמעותי של אנרגיה, תוך כדי שיפור משמעותי של אנרגיה, תוך כדי שיפור משמעותי של אנרגיה, בעוד שבעוד שבעוד מועד, בעודם של ייצור אנרגיה גרעינית, בעודו