הפוטנציאל של תגובה מהירה מובילה במיקס האנרגיה המודרנית

המקרה של תגובה מהירה מובילה בנוף אנרגיה משתנה

דחיפה העולמית לדה-קרביזציה החזירה אנרגיה גרעינית בחזרה באור הזרקור כמקור אנרגיה אמין, נמוך פחמן בסיס פחמן, בעוד כורים קלים מים שולטים בצי הנוכחי, עיצובים הדור הבא מבטיחים לטפל בדאגות ארוכות טווח על פסולת, בטיחות ויעילות דלק. בין המושגים מתקדמים אלה, מובילי תגובה מהירה יציבה (LFRs) מושכים תשומת לב גוברת מחוקרים, שירותים, מדיניות ופעולות מונעות באמצעות שילוב גרעיני יכול להוביל במהירות גבוהה.

העניין ב-LFRs אינו חדש.עבודה מוקדמת במערכות מובילות, החלת חזרה לתוכניות ההנעה הימית בעידן הסובייטי, אך ההתקדמות האחרונה בחומרים, בייצור, ובמודלים של כור, פתחה אפשרויות חדשות.היום, LFRs הם מועמד בולט בתוך הפורום הבינלאומי דור IV (GIF), יוזמה שמאמתה את המחקר על טכנולוגיות הכור המתקדמות ביותר.

מה הם תגובה מהירה?

תגובה מהירה מובילה היא שיעור של כור נויטרונים מהיר המשתמש בעופרת נוזלית או מוביל-ביו-ביוזה אקוטית (LBE) כקרר העיקרי שלה.בניגוד לכורים קונבנציונליים מים מבוהלים איטיים (מתונים) לאנרגיות תרמיות, LFRs לשמור על ספקטרום נויטרונים מהיר.

הבחירה של להוביל כקרר אינה שרירותית.עופרת יש מספר אטומי גבוה, המספק כלכלה נויטרונים מעולה בספקטרום מהיר, ונקודת רתיחה גבוהה מאוד (1749 מעלות צלזיוס בלחץ אטמוספירי) זה אומר LFRs יכול לפעול בטמפרטורות גבוהות - בדרך כלל בטווח של 480 מעלות צלזיוס ל 570 מעלות צלזיוס - תוך שמירה על קרירה במצב של לחץ כמעט עמימי.

LFRs ניתן להגדיר במגוון רחב של גדלים, מכורים מודולריים קטנים (SMRs) בטווח 50-300 MWe ליחידות גדולות יותר של כלי רכב מעל 600 MWe. כמה עיצובים גם לשלב לולאה משנית עם מערכת CO2 קריטית או כוח אדים, להגביר את היעילות של הסולם הופכת את LFRs מתאים עבור יישומים מגוונים, כולל ייצור תעשייתי, מימן, ואפילו מי ים.

כיצד LFRs Differ מתגובה גרעינית מסורתית

רוב הכורים הגרעיניים הפועלים כיום הם עיצובים תרמיים של טוטרונים המסתמך על מים כמו גם מגניב ומדידים. במערכות אלה, נויטרונים להאט כדי להגדיל את ההסתברות של נפיחות באורניום-235, אשר מגבילים את השימוש בדלק רק שבריר קטנה של אורניום מוקש. LFRs, לעומת זאת, אינם משתמשים במכוון, כך נויטרונים נשארים באנרגיות גבוהות זה פותח את האפשרות של חומרים פורמולידיום.

הבדל גדול נוסף הוא הסביבה הקרנית.מים בכור מים מתוחח (PWR) פועל בערך 300 מעלות צלזיוס ו-150 אטמוספירות, הדורשים כלי לחץ כבדים ומערכות בטיחות מורכבות לניהול תאונות אובדן של זיהום בלתי נשלט.ב LFR, הקריר הוא לארטי, יציב מבחינה כימית, ופועל בלחץ אטמוספירי.

יתר על כן, ספקטרום נויטרונים המהיר ב LFRs הופך אותם מתאימים היטב לסגירה של מחזור הדלק הגרעיני.הם יכולים לצרוך אלמנטים טרנסאורניים - פלוטוניום, זניחון, אקריום - המצטברים בדלק מובלים מכורים קונבנציונליים.

יתרונות של תגובה מהירה

תכונות בטיחות משופרות

מקרה הבטיחות של LFRs נח על כמה תכונות פיזיות של קירור מוביל. הראשון, להוביל יש נקודה מרתיחה גבוהה מאוד, חיסול הסיכון של רתיחה מגניבה וחשיפת הליבה תחת כל תרחיש אמין. שנית, להוביל הוא אינרציה כימית באוויר ומים, כך שאין תגובה אנרגטית אם דולפה מתרחשת - ניגודי עמילן טבעי במהירות גבוהה, שבו sososodium מספק אנרגיה גבוהה, אפילו מגפיפות אוויריות, ללא חום טבעי, ללא לחץ דם טבעי, 000.

עיצובים רבים של LFR משלבים מנגנונים משוב שלילי טעונים.כפי שעולה הטמפרטורה הליבה, הדלפות נויטרונים עלייה ואפקט דופלר מפחית פעילות מחדש, מה שגורם לקצב הכריתה לרדת ללא כל פעולה מפעיל.תכונות אלה מאפשרות ל-LFRs להשיג רמה של בטיחות פסיבית שקשה לשכפל במערכות מחוספות מים.תצורה של סוג הבריכה גם מספקת מאגר תרמי גדול, נותן שעות או אפילו להגיב תנאים להרגיז.

ניכוי פסולת גרעינית וגמישות דלק

אחת הטיעונים המשכנעים ביותר עבור LFRs היא היכולת שלהם להתמודד עם בעיית הפסולת הגרעינית.מדיניות הנוכחית במדינות רבות מניחה מחזור דלק חד פעמי, שבו דלק מובזבז מאוחסן ללא הגבלת זמן במאגרים גיאולוגיים. LFRs מציעים אלטרנטיבה: על ידי מחזור פלוטוניום וקטיניים קלים כמו דלק מהיר, נפח ורדיו רעילות של פסולת ניתן להפחית את ההזמנות של הבזבוז שנותר בעיקר על ידי עשרות אלפי פסולת.

יכולת זו תואמת את הרעיון של מחזור דלק סגור, שבו הדלק השקיע מעובד מחדש ואת חומרי התאושש מוטבע לתוך אלמנטים דלק חדשים.מדינות כמו צרפת, רוסיה, יפן השקיעו רבות בטכנולוגיה של עיבוד מחדש, ו LFRs נתפסים כשורף אידיאלי של מאגרים טרנסאורניים מצטברים מצטברים מניתוח תרמי.

יעילות גבוהה ויעילות תהליכים

הטמפרטורה הגבוהה של LFRs - בדרך כלל 480 מעלות צלזיוס ל 570 מעלות צלזיוס, עם כמה עיצובים מכוונים עד 800 מעלות צלזיוס - מאפשר המרה של חום משקעים לחשמל עם יעילות מעל 40%.זה הרבה יותר טוב מ -30 עד 34 אחוזים אופייני של כור מים אור הנוכחי. יעילות גבוהה יותר פירושה פחות פסולת נדחה לסביבה ומיוצרת יותר חשמל ליחידת דלק, שיפור הן מבחינה סביבתית.

מעבר לחשמל, LFRs יכול לספק חום תהליך עתיר ליישומים תעשייתיים.תעשיות כגון ייצור פלדה, ייצור מלט וייצור כימי דורש כמויות גדולות של חום בטמפרטורות שקשה לספק עם מתחדשים או צמחים גרעיניים קונבנציונליים. LFRs יכול למלא פער זה, מתן אנרגיה תרמית נקייה לייצור מימן באמצעות מחזורים תרמוכימיים, סינתזה אמוניה, או חימום ישיר של תהליכים תעשייתיים.

התנגדות

מנקודת מבט לא הפצתית, LFRs מציעים יתרונות על פני כמה מחזורי דלק חלופיים.הקרר המוביל אינו חומר רגיש להפצת התפוצה, ואת עיצוב הכור ניתן להגדיר לפעול ללא שכפול מקוון, צמצום הצורך בטיפול בדלק תכופים.שדה הקרינה הגבוה בליבת ונוכחות של פועלים קלים בדלק מאמצים מסבך.

ראוי לציין כי שום טכנולוגיית כור אינה חסין לחלוטין לבעיית התפוצה, ואת מתקני עיבוד הדרושים למחזור דלק סגור מציגים רגישות נוספת.עם זאת, המאפיינים הטבועים של LFRs - כולל עיצוב ליבה קומפקטי ואת היכולת לשרוף פלוטוניום במקום לייצר אותו כתוצר לוואי - ניתן למנף כדי לחזק את משטר התפוצה הכולל.

אתגרים טכניים ומחקר מתמשך

למרות ההבטחה שלהם, LFRs להתמודד עם מכשולים טכניים משמעותיים כי יש לפתור לפני שהם יכולים להיות פרוסים מסחרית. האתגר המתמשך ביותר הוא חומרים קורוזיה.עופרת נוזלית ועופרת-bismuth eutectic הם קורוזיביים רבים סגסוגת מבנית בטמפרטורות הדרושות עבור פעולה יעילה.הקר יכול להתמוסס, כרום, אלמנטים אחרים, המוביל לקיר, אובדן קוגניציה, אובדן מכני של מוצרים מכניים וגלוריות, שיכולה להיות מסוגל להתמוסס.

החוקרים מתייחסים לכך באמצעות שילוב של חומרים בחירה ובקרה כימיה מגניבה. Oxide פיזור סטרואנטד (ODS) פלדה, אלומיניום-הידע סגסוגת austenitic, וציפוי מתכת Refractory הראו התנגדות מבטיחה להוביל קורוזיה. שמירה על ריכוז חמצן מבוקר בקור רוח - בדרך כלל בטווח של 10-6 עד 10 -8 אחוזים משקל - לקדם את השכבות של פחמן על פני השטח של חומרים עמידת האדמה.

אחריות והפקה

משאבות, חילופי חום, וכלי שפועלים בעופרת מלוטנת חייבים לעמוד בטמפרטורות גבוהות, צפיפות גבוהה, וסביבת קורוזית. משאבות מכניות עבור מוביל הן כבדות יותר ודורשות יותר חזקות מאשר עמיתיהם המומים במים, משאבות אלקטרומגנטיות, בעוד שאין להם חלקים נעים, סובלים מיעילות נמוכה של קיטור ב LFRs חייב להיות מתוכנן למנוע מים בתוקפנות, כמו גם פצעי צינור עלול לגרום נזק פוטנציאלי יכול לייצר פצעי מתכת.

טכניקות ייצור מתקדמות, כולל ייצור תוספים (3D הדפסה) של ג'ממות מורכבות וחיפוי לייזר של משטחים עמידים קורוזיון, נחקרים כדי להפחית עלויות ולשפר את האמינות. השימוש של החלפת חום קומפקטית-בונלד יכול להפחית את הגודל ואת העלות של לולאה משנית תוך שיפור ביצועים תרמיים. [+] באמצעות תוכניות כמו פורום הדור הרביעי הבינלאומי ו- International Energy Agency (EA) הוא מתואם פרויקטים אלה.

פיתוח דלק ו- Qualification

דלק LFR חייב לעמוד בדלקים ניטרון גבוה, טמפרטורה גבוהה, וחשיפה ממושכת לסביבה מובילה קורוזית.דלקים חד-חמצני (UO2, MOX) כבר בשימוש בכורים מהירים, אבל דלקים מתקדמים כגון דלקים ניטרד (UN, U,Pu)N) ודלקים מתכתיים מציעים מוליכות תרמית גבוהה יותר וכלכלת נויטרונים טובה יותר.

הסמכה דלק היא תהליך ארוך ויקר הדורש בדיקות אי-דימציה נרחבות, בדיקה לאחר-התאוששות ותיעוד הרישוי.המנהל-הביניים המוקר בכור המחקר של RRHA, הנמצא כיום בפיתוח בבלגיה, והכור ה- BREST-OD-300 של רוסיה צפוי לספק נתונים קריטיים של קרידה.

פרויקטים לפיתוח גלובלי ו-Digstration

במדינות מסוימות יש תוכניות לפיתוח LFR פעיל, עם קווי זמן החל מהפגנת זמן לטווח ארוך פריסה ארוכת טווח.הפדרציה הרוסית היא המתקדמת ביותר, עם הכור המוחזק BREST-OD-300 בבנייה ב-S סיביר הכימית ב-Sube 300 MWe יחידה היא מרכיב מרכזי של Prorys (Breakthrough) של רוסיה, שמטרתו להפגין מעגל גרעיני סגור עם מחזור דלק צפוי להפעלה מחדש של דלק מסחרי צפוי להפעלה מחדש של דלק.

באירופה, פרויקט ה-RRHA בבלגיה הוא מחקר רב תכליתי המתקרר על ידי פרקטיקה מוביל-ביו-ביו-בימית.MyRRHA נועד לפעול בשני תת-ביקורת (מכוון על ידי מארגן) וצורות קריטיות, המאפשרים מחקרים של טרנסמוטציה, בדיקות חומרים, ופיסיקה כור.ה הפרויקט קיבל מימון משמעותי מהממשלה הבלגית והנציבות האירופית, ובניה צפויים להתחיל ב-125 השנים הבאות: "אל-"ד-"ד-"ד-"ר-"ר-"ר-"ר-"ר-"מהפכה"מהפכה מהירה, כולל "העופרת"מהפכה"מהפכה"מהפכה"מהפכה" (Moderal" (Weעופרת") ו"מהפכה"מהפכה"מהפכה"מהפכה"מהפכה מהירה, כולל "DRERIA) ו" (Moremeremeremeremeremeremeremeremeremeremeremeremeremeremeremeretratator, כולל: "מו" (Moderal Detratator, כולל: "מונע" (Moderal Retratator, כולל: "D) ו" (Moderal Retra

סין השקיעה גם בטכנולוגיה LFR באמצעות תוכנית ה-Reactor המבוססת על סין (CLEAR) הכוללת את כור המבחן CLEAR-I ואת העיצובים המושגיים עבור יחידות מסחריות גדולות יותר.ארה"ב, באמצעות תוכנית ההדגמה המתקדמת של משרד האנרגיה (ARDP), תמכה במספר מושגים LFR, כולל מערבינג's מוביל-קו-קולנוע מהיר וכמה מחקרים עיצוב ממעבדות לאומיות ואוניברסיטאות אלה הן תוכניות עבודה משלימות על ידי דרום קוריאה.

אינטגרלינג LFRs לתוך מיקס אנרגיה מודרנית

התפקיד של LFRs במערכת אנרגיה עתידית תלוי איך הם משלימים מקורות פחמן אחרים נמוך.שמש וכוח רוח הם לסירוגין על ידי הטבע, ואת חלקם גדל של ייצור חשמל יוצר צורך כוח שניתן לשלוח, ללא פחמן שיכול לפעול כאשר השמש אינה זורחת והרוח לא מפוצץ. LFRs יכול למלא את התפקיד הזה, לספק עומס בסיס ועומס יכולת עם אמינות גבוהה.

מכיוון ש-LFRs יכולים לפעול בטמפרטורות גבוהות, הם מתאימים היטב ליישומים של התחדשות המייצרים חשמל וחום. ברשת חימום מחוזית, LFR יכול לספק חום פחמן נמוך לבניינים, ובכך להשפיל גז טבעי.בפארק תעשייתי, LFR יכול לספק תהליך אספקה לייצור קיטור כימי או אנרגיה תרמית עבור מימן אלקטרוליזה.

הגמישות בגודל הכור - מיחידות מודולריות קטנות למפעלים גדולים - מאפשרת ל-LFRs להיות פרוס באופן מצטבר, התאמת קיבולת תוספת לביקוש צמיחה. וריאנטים SMR יכול להיות מכווצים במפעל ולהישלח לאתרים שבהם תשתית רשת מוגבלת, פתיחת שווקים בקהילות מרוחקות, פעולות כרייה ופיתוח כלכלות. מרווחי התדלוק ארוכים (3 עד 10 שנים בהתאם לתכנון) והופכים את המורכבות התפעולית ל-LFR המתאימים לאזורים גרעיניים.

נתיב היציבות הכלכלי קדימה

הכלכלה של LFRs נותרה לא בטוחה, שכן יחידה מסחרית לא נבנתה ומופעל.ערכת עלויות מבוססת על מחקרים עיצוב, מודלים, אנלוגיה עם כורים מתקדמים אחרים.העלות הון של ראשון מסוגו LFR הוא כנראה גבוה יותר מאשר זה של כור אור בוגר, אבל אפקטים למידה וייצור סדרתיים צפויים להפחית את העלויות לאורך זמן.

גורמים הפועלים לטובת הכלכלה LFR כוללים יעילות תרמית גבוהה יותר, מחזורי דלק ארוכים יותר, ועלויות ניהול הפסולת מופחתות.היכולת לצרוך דלק גרעיני כנכס ולא אחריות יכולה גם לשפר את המצב הכלכלי, במיוחד במדינות עם מניות משמעותיות של דלק משומש.הטביעה הקטנה ודרישות הכנה נמוכות יותר של LFR מבוססי SMR יכול להפחית את הסיכון והמימון הבנייה.

תמיכה במדיניות תהיה חיונית לפריסת מוקדם של תמריצים מס LFRs., תמחור פחמן, ערבויות הלוואה, ואשראיי מס השקעה יכולים לעזור לגשר על הפער בין עלויות הפיתוח לבין התחרותיות בשוק.הנציבות ל Regulatory גרעיני של ארה"ב ו הרגולטורים אחרים פועלים להקים מסגרות רישוי עבור כורים מתקדמים, כולל LFRs, אשר יספקו ודאות רגולטורית למשקיעים.

מסקנה

תגובה מהירה מובילה מייצגת אבולוציה משכנעת בטכנולוגיית אנרגיה גרעינית, המציעה שילוב של בטיחות, יעילות, צמצום פסולת וגמישות דלק התואמים לדרישות של עולם מרתיעה.היכולת שלהם לפעול בטמפרטורות גבוהות ולחץ אטמוספרי, לצרוך פסולת טרנסורה, ולספק הן חשמל והן תהליך עושה להם כלי צדדי עבור מעבר האנרגיה.

אם ההוורדים הטכניים והכלכליים הנותרים להתגבר, LFRs יכול לשחק תפקיד משמעותי בתערובת האנרגיה המודרנית - לא כתחליף להתחדשות, אלא כמשלים המספקים כוח אמין, גמיש, נמוך פחמן חום. להמשיך השקעה במחקר, הפגנה, תשתיות רגולטוריות יקבעו כמה מהר פוטנציאל זה יכול להיות מובן.

לקריאה נוספת על טכנולוגיית הכור המהיר ועל מאמצי הפיתוח הגלובליים, מתייחסת ל-FLT:0 (הידועה ב- 4) לפורום הבינלאומי של הפורום הבינלאומי של הרביעי, ל-IIFLT:2 International Atomic Energy Agency EvolutionFLT 3: וה-FLT:4World Nuclear AssociationFIRFLT:5.