מים כבדים, הידועים מבחינה כימית כ- Deuterium oxide (D2O), היא הטכנולוגיה הבסיסית המאפשרת CANDU (CANada Deuterium Uranium) כורים לפעול עם גמישות דלק שאין כמותה.בניגוד לכורים קלים (LWRs) הדורשים אנרגיה הידרומריאלית ייחודית, תחנות CANDU משתמשות במים כבדים כמודלון נויטרוני מחובר ו-החום העיקרי (הת) יכול להיות פעיל של תהליכי ייצור תעשייתיים יעילים של אנרגיה.

הפיזיקה של שינוי מים כבד

היתרון העיקרי של מים כבדים על פני מים קלים רגילים הוא בנכסים הגרעיניים של אטום דהוריום.גרעין של deuterium מכיל פרוטון אחד ונוטריון אחד, נותן לו מסה בערך כפול של מימן רגיל (פרוטיום) זה מסה נוספת משנה באופן בסיסי את הדרך שבה noutrons אינטראקציה עם המדיום.ה פרמטר הוא סגסוגת תרמית של neutron עבור מימן (-1), הוא בערך 0.32 דונם), הוא בערך 0.

בכור גרעיני, נויטרונים שנולדו מנסיעות פשפשלוט במהירויות גבוהות מאוד (ננות מהירה) כדי לשמור על תגובת שרשרת, הנירוונים האלה חייבים להיות איטיים, או מתון, כדי להעשיר אנרגיות תרמיות. A Moderator מבצע משימה זו על ידי מתן מנגנונים כבדים של דלק אטומים ללא זניחים גבוהים מאוד, תוך כדי פיזור של ערפיליות טבעי של 35%.

הכוח האטה של מתווך מוגדר על ידי יחס המתוכנן, המשלב את האנרגיה הלוגרית של אנרגיה מבוזרת להתנגשות עם הפיזור של חצי-חלקה מחולק על ידי ספיגת חצי-הטווח. עבור מים קלים, יחס זה הוא בערך 70; עבור מים כבדים, זה עולה על 6,000. ניגוד אבק זה מסביר מדוע כור מים כבד יכול לפעול עם טבעי: המכשול אינו לגנוב את השלד יקר צורך שרשרת דלק גדול יותר מאשר CU דורש תוספת דלק גדול יותר.

הפקה תעשייתית של Reactor-Grade D2O

Deuterium קיים במים טבעיים בריכוז של כ-150 חלקים למיליון (0.015%) כדי לתפקד ביעילות כמתאמן וקריר, ריכוז זה חייב להיות מוגדל למינימום של 99.75% D2O. תהליך העשרה זה הוא תרמי ותובע מבחינה טכנולוגית, מה שהופך מים כבדים חומר אסטרטגי בעל ערך גבוה.ההפרדה הפיזית מנצלת את ההבדלים הקלים בין H2O ל- D2O, אשר מתבטאים במתחים שונים, וקצבי משקל כימי.

תהליך Girdler Sulfide (GS)

עבודת ייצור המים הכבד התעשייתי היא תהליך הסולפיד Girdler, אשר הוצב בקנה מידה עצום בקנדה, ארצות הברית, הודו, ובמקומות אחרים.תהליך GS מנצל את שיווי המשקל התלת הטמפרטורה של שלב החליפין האיזוטופי בין מים לבין גז מימן sulfide; FLT:0H2O(l) + HDSg) ⁇ d HD(O) גבוה יותר, לעומת זאת, לעומת זאת, CR) נמוך יותר, בטמפרטורות טבעיות, לעומת זאת, לעומת זאת, בטמפרטורות נמוכות יותר, בטמפרטורות נמוכות יותר, בטמפרטורות נמוכות יותר, בטמפרטורה נמוכה יותר, בטמפרטורה נמוכה יותר, בטמפרטורה נמוכה יותר (FLT2g) בטמפרטורה נמוכה יותר, בטמפרטורה נמוכה יותר, בטמפרטורה נמוכה יותר (FLT2G2OL) בטמפרטורה נמוכה יותר, בטמפרטורה נמוכה יותר, בטמפרטורה נמוכה יותר, בטמפרטורה נמוכה יותר, בטמפרטורה נמוכה יותר (FLT) בטמפרטורה נמוכה יותר, בטמפרטורה נמוכה יותר, בטמפרטורה נמוכה יותר, בטמפרטורה נמוכה יותר (FLT2G2g) בטמפרטורה נמוכה יותר, בטמפרטורה נמוכה יותר (FLT2OL) בטמפרטורה נמוכה יותר (FLT) בטמפרטורה נמוכה יותר, בטמפרטורה נמוכה יותר, בטמפרטורה נמוכה יותר

במפעל GS טיפוסי, מים זורמים מטה עמודה בעוד גז H2S מופצה למעלה. בתחתית העמודה, פועל סביב 130 מעלות צלזיוס, deuterium נודד לתוך הגז.הגז זורם בחלק העליון של חלק קר, פועל סביב 30 מעלות צלזיוס, שם המעבר חדיר הקשורה בחזרה לתוך זרם מים טרי, עכשיו מועשר מאות של שלבים כאלה נדרשים להגיע עד 10,400% של תהליך של ירידה של פחמן 2 ליטרים של דלק גבוה.

היבט לעתים קרובות של תהליך GS הוא טביעת הרגל הסביבתית שלה.התזרימים הגדולים ודרישות האנרגיה אומר כי צמח המייצר 1,000 טון של D2O בשנה בדרך כלל צורכת סביב 500-700 מ"ג של קלט תרמי ושחרור מיליוני מטרים מעוקבים של מים מפוסקים.שיפורי עיצוב מודרניים הפחיתו את צריכת הקיטור, אך התהליך עדיין אינטנסיבי.

טכנולוגיות חלופיות וזרימות

כמה טכנולוגיות אחרות קיימות להפרדה של דה-טריום, אחת עם יישומים ספציפיים.(FLT:0) פיזור מים מטבול את הלחץ הקטן התחתון של D2O בהשוואה ל- H2O, בעוד הגורם ההפרדה קטן מאוד (כ-1.05 בלחץ אטמוספירי), הוא דורש מספר עצום של שלבים וקלט אנרגיה גבוה.

(FLT:0)ElectrolysisFLT:1 ממינוף אפקט איזוטופ הקינטי; בגלל האנרגיה הגבוהה ביותר אפס נקודות של האג"ח O-H בהשוואה ל- O-D, Protium הוא שוחרר באופן מועדף כמו גז מימן בקטודה.זה מעשירה את הדה בנוזל הנותרים.

שיטות מתקדמות כיום תחת חקירה כוללות את השינוי הקל בספקטרום ה- H2O ו- HDO, בעוד שהצלחה בקנה מידה המעבדה הושגה, הפחתת LIS לאלפים של טון הנדרש עבור ליבה של כורסא, היא אתגר הנדסי משמעותי.

הקשר הסימביוטי בין עיצוב CANDU ו- D2O

העיצוב של הכור CANDU הוא בלתי נפרד ביסודו מתכונות של מים כבדים.הגרעין הכור מורכב טנק גדול, נמוך מדכא הנקרא calandria, המחזיק את מתווך המים הכבד בטמפרטורה נמוכה יחסית. Penetrating the calandria הם מאות צינורות לחץ אופקי, כל אחד המכיל חבילות דלק ראשוני - נפרד מן המנטרף - הוא גם כבד, אשר עובר גמישות גבוהה צינורות הלחץ של קירור זה נוצר על ידי צינור חום.

מחזור דלק אורניום טבעי

היכולת להשתמש אורניום טבעי ללא העשרה היא היתרון הכלכלי והאסטרטגיה המשמעותי ביותר של מערכת CANDU. זה מקטין את מפעיל הכור משוק ההעשרה הבינלאומי, אשר נשלט על ידי מספר קטן של מדינות ודורש סידורי הגנה מורכבים.חבילות דלק אורניום טבעי הם פשוטים וזולים יותר כדי לייצר תוכניות מועשרות הדרושות עבור LWRs. עבור מדינות ללא תשתיות העשרה, כגון, כגון, רומניה, הזמן החדש של תוכנית אנרגיה חדשה, ממשיכה עיצוב גרעיני של צפון קוריאה, להמשיך לבנות את העיצוב הגרעיני שלהם.

מחזור אורניום טבעי יש גם השלכות על ניהול דלק בילו.מאז ההעשרה הראשונית הוא נמוך, הדלק המבזבז מ CANDU מכיל כ- 0.3% חומר פיציל, בהשוואה ל-0.21% מ-LWR. פחות plutonium מיוצר ליחידת אנרגיה, אבל נפח הדלק המבוזבז הכולל של דלק ל-MWh גבוה יותר בגלל השרפה הנמוכה (כ-7 עד 8WD לעומת 40 / WD) ל-WR.

תרופות ומוצרים לשימוש באינטרנט

תנוחת מים כבדה היא מאפשרת ישירות של דלק באינטרנט.ב-LWR, את הליבה כולה חייב להיות סגור ומדכא לתדלוק, בדרך כלל כל 18-24 חודשים.ב CANDU, צינורות הלחץ האופקי מאפשרים למכונות דלק מסוימות לגשת לכל ערוץ באופן עצמאי, בעוד המפעילה נשארת בשלטון.

גם דלק מקוון מאפשר תמרון כוח גמיש.תחנת CANDU יכול להתאים את הפלט שלה כדי להתאים את הביקוש לרשת תוך שמירה על שיעור כמעט קבוע של דלק מחדש. יכולת מעקב עומס זה הוא יותר ויותר יקר ברשת עם חדירה גבוהה של מקורות אנרגיה מתחדשת משתנים.המכש במים הכבד פועל כמו buffer תרמי, מתן יציבות במהלך transients ומאפשר למתקן להגיב במהירות לשינויים.

ניהול מים כבד

הפעלת תחנת CANDU דורשת מערכות והליכים ייעודיים לניהול מלאי מים כבד.המלאי D2O מייצג נכס הון משמעותי, והפסד או השפלה יש השלכות כלכליות ישירות. A טיפוסי 700 מ"נ CANDU 6 מכיל כ-450 עד 500 טון של מים כבדים.בעלויות חלופיות של כמה מאות דולרים לליטרגרם, המלאי באתר ניתן להעריך במאות מיליוני דולרים, ולכן, מיני דליפות, מונעות עדיפויות תפעוליות.

שמירה על הפריון האקומפי

תוקפנות של מים קלים ממקורות שונים - כולל דליפות גנרטור קיטור, לחות מזוומנת מן האווירה, ותוספת מים איפור - יקטין את ריכוז D2O לאורך זמן. אפילו טיפה קטנה בטוהר האיזוטופי מקטין את הכלכלה של הניטרונים ויכולה לכפות הפחתה של כוח כורח ראשוני (D2O) כדי למנוע זאת, כל תחנת CANDU מצוידת עם תחנת מים כבדה.

תהליך השדרוג גם מסיר את המכשולים הכימיים שעלולים לצבור, כגון גזים מפורשים, מוצרי קורוזיה ותרכובות אורגניות.מזהמים אלה יכולים להשפיע על ה- pH של המים הכבדים, להגדיל את הפירוק הרדיוליטי, או להפריע לנגידנים.השדרוג הוא מערכת טיהור בין-איזוטופי וכימיקלי, לעתים קרובות על ידי מסננים, עמודות-ה-ניתוח, ומדיקים, ומדיקים של מקורות דלק ספציפיים, אשר הם מותאמים להורדת דלק.

בקרת טריטיום ותקנה

הדאגה הרדיולוגית המשמעותית ביותר הקשורה לפעילות מים כבדה היא ייצור של טריטיום (H-3) טריטייום נוצר באמצעות הפעלת הניטרינורון של דהטום:02H (n, ⁇ ) 3HFLT:1 בזמן, המים הכבדים במכוון מצטברים ומצטברים קרירים של טריטיום, אשר יכול להגיע לרמות ספציפיות.

תחנות CANDU לנהל חשיפה טריטוזיון באמצעות שילוב של בקרת הנדסה וההסרה פעילה.FLT:0.Tritium Removal מתקנים (TRFs)FLT:1 להשתמש בשילוב של החלפת קטליטית ו ⁇ Cryogenic כדי לחלץ את המנה של תחנת המים הכבדה.הטרייום מופקד מתכתי יכול להיות מאוחסן, או מטוהר באופן סביר עבור חומר נפץ גרעיני כגון קירור מקומי.

ריכוז השילושים במערכות CANDU Moderator יכול להגיע לכמה עשרות תרופות לקילוגרם לאחר שנים של פעילות.כדי לשמור על חשיפה לקרינה לעובדים נמוך ככל האפשר, TRF בדארינגטון כבר תמצית טריטיום מאז שנות ה-80 המאוחרות, צמצום הפעילות הספציפית של המנטרטורף על ידי יותר מגורם של 10 בהשוואה לתחנות ללא מתקנים כאלה.

גילוי נאות ושיקום כלכלי

בהתחשב בעלות הגבוהה של D2O, זיהוי דליפה היא משימה מבצעית מתמשכת. תחנות CANDU משתמשות רשתות נרחבות של חיישנים נקודה נקודה דה-ווי, צגים תלת-אוויר, וגלאי לחות כדי לזהות אפילו דליפות זעירות. דליפות מים כבדות מסווגות "מחדש" או "מחדש" (vaor) דליפה אדטור, למשל, יכול לאפשר מים לסינון מים לתוך תוקפנות, אשר נשמרים, כלומר, מערכות קירור, הוא לשחזר את הנקה, הוא סגור, הוא טוהר, כי הוא טוהר, הוא סגור, כי הוא טוהר, הוא טוהר, כי הוא סגור, הוא טוהר, הוא טוהר מערכות קירור מערכות קירור, הוא בטוח, הוא טוהר, הוא לשחזר את הנקה, הוא טוהר, הוא טוהר, הוא טוהר, כמו גם טוהר, כמו גם טוהר, טוהר, הוא טוהר, כמו כן, הוא טוהר, טוהר, הוא טוהר, כמו גם טוהר, הוא טוהר, הוא טוהר מערכות קירור מערכות קירור מערכות קירור מערכות קירור, כמו גם טוהר, הוא טוהר, כמו גם טוהר, הוא טוהר, הוא טוהר, הוא טוהר, הוא טוהר, כמו כן, 000

תמריץ פיננסי לניהול דליפות הדוק הוא משמעותי.קצב הפסד של 1 טון בשנה ב 300 / ק"ג $ מייצג עלות מתמשכת של $ 300 אלף בשנה. מעל 30 שנים פעילות חיים, כלומר 9 מיליון של מלאי אבוד. תחנות CANDU המודרנית שואפות להפסדים בלתי ניתנים לערעור של פחות מ-0.5 טון בשנה, מושג באמצעות תוכניות זיהוי אגרסיביות, שיפור שלמות, ומערכות התאוששות vapor התאוששו מצריכת מים כבדה יכול לייצג את השבר של פחות מ-D2 טון של צריכת מים גבוהה.

שרשרת האספקה וההשפעה הכלכלית

שרשרת אספקת המים הכבדה העולמית היא בוגרת יחסית ומאגדת.המלאי הראשוני של CANDU חדש מסופק בדרך כלל במסגרת הסכם שכירות ממאגרים לאומיים, כגון זה המנוהל על ידי אנרגיה אטומית של קנדה Limited (AECL) וכעת מעבדות גרעיניות קנדיות.זה נמנע מהשקעה מסיבית של מעלה הנדרשת כדי לבנות מתקן ייצור חדש.

עבור הצי הקיים, הביקוש למים כבדים טריים מונע בעיקר על ידי דרישות איפור עבור הפסדים ועל בנייה חדשה. הודו מפעילה את צמח GS שלה לספק את צי ה-PHWR המקומי שלה, לאחר להתגבר על מכשולים היסטוריים כדי להפוך לרגישים עצמיים.ארגנטינה מייצרת מים כבדים במפעל PIAP ב Neuquén, אשר מספק את ה-Ebse ו- Atucha תחנות האספקה כולל לא רק ממציאים ראשוניים של מים חמים, אלא גם את ה-Cupcycrelicrevedowsivesivesivesivesivesive שלהם, אלא גם את אספקת מים כבדים של מים חמים של יחידות תפעוליים אחרים של אספקת מים חמים של מים חמים יותר, אם הם בעלי מים חמים יותר, כמו גם אספקת מים כבדים של תחנות כוח חיים חדשים של מים חמים של מים חמים של תחנות כוחם של מים חמים של מים חמים יותר, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם אספקת מים חמים של תחנות כוחם של מים חמים של מים חמים.

עלות המים הכבדים השתוללה לאורך עשרות שנים. בשנות ה-70, כאשר הצמחים של GS נבנו, המחיר היה בערך 100 / ק"ג במונחים של אינפלציה, לאחר סגירת צמח ברוס וסוף הייצור הקנדי, המחירים עלו ליותר מ-300 / ק"ג היום, השוק יציב יחסית, עם תחזית ההשכרה ההודית והארגנטינה, כלומר, 1-1, בדרך כלל, כ -5,5 מיליון דולר, 000 דולר לשנה, להפסד, להפסד, להפסד, להפסד, להפסד של כמה דולרים בשנה.

Future Trajectories: הפקה, תגובות חדשות, ומחזורי דלק מתקדמים

במבט קדימה, התפקיד של מים כבדים באנרגיה גרעינית צפוי להתפתח מעבר לצי CANDU 6 המסורתי.המלאי הקיים מספיק כדי לתמוך בצי התפעולי הנוכחי במשך עשרות שנים.

טכנולוגיית ייצור מתקדמת

בעוד תהליך GS הוא בוגר, ההון הגבוה שלו ועלויות התפעוליות עודדו עניין בשיטות יעילות יותר.תהליך אלקטרוליטיזה המשולב ו- Catalytic Exchange (CE) הוא טכניקת הפרדה מתקדמת המבטיחה את הפוטנציאל לצריכת אנרגיה נמוכה יותר וגורמי הפרדה חד-שלביים גבוהים יותר בהשוואה לתהליך GS.CE משלבת בסופו של דבר יעילות אלקטרוליטית עם החלפת חלקיקים, המאפשרת את יעילות של ריכוז קרינת NVNUMFIA ל-D.

עוד שדרה מבטיחה היא השימוש בגיאורמי או חום פסולת כדי להניע את תהליך GS, אשר יכול להפחית באופן משמעותי את טביעת הרגל פחמן שלה.שילוב של משאבות חום וחילופי חום מתקדמים עשוי גם לשפר את היעילות הכוללת של האנרגיה.עם זאת, אף אחת מהטכנולוגיות הללו עדיין לא הוצבה בקנה מידה מסחרי, ואת תהליך GS כנראה יישאר הסטנדרט בעשור הבא.

מחזורי דלק מתקדמים

כלכלת נויטרונים המצוינת של כור מים כבדים הופכת אותם לפלטפורמות אידיאליות לשריפת דלקים מתקדמים.מחקר שניתן לחשוב עליו נעשה באמצעות כור CANDU כדי לצרוך פלוטוניום עודף מפירוק נשק גרעיני או מכורים קלים המבלים דלק.הגמישות של מערכת ה- CValrolation מאפשרת ניהול חד-חמצני של חמצני ופרופילי פלוקס הנדרשים עבור תחמוצת דלק משולבת זו (MOX) יותר מ- 30 שנים, לעומת זאת, היא בעלת מחזור דלק עמיד יותר מאנרגיה גבוהה, לעומת 4 שנים, לעומת זאת, לעומת זאת, והיא מתאימה יותר, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, היא בעלת מחזור דלק חד-RVRVVVVVVVVTrivVTriv-RVTriv-RVTriv-RVTri-Ryo-RVTri-RV-RV-RV-Rite נוזלית, אשר מאפשר ניהול יעיל יותר, אשר מאפשר ניהול יעיל יותר, עם טיפול חד-Ryox בעלת יותר מ-חמצני, לעומת 4 פעמים, לעומת זאת, אשר מאפשר ניהול יעיל יותר, לעומת 4 שנים, אשר מאפשר ניהול יעיל יותר, אשר מאפשר ניהול חד-חמצני, אשר מאפשר ניהול יעיל יותר מ

השימוש בכור מים כבדים לשרוף אקטיניים קטנים מ LWR הדלק הוא עוד תחום פעיל של מחקר.השפעת נויטרונים תרמית גבוהה ואת היכולת להתאים את הרכב הדלק על זבוב לעשות כורים CANDU אטרקטיבית לצמצום הליטקטינות ארוכת הטווח של פסולת גרעינית. מחזורי דלק מתקדמים אלה ידרוש שינויים בטיפול דלק ואולי גם לכימיה קרירה, אבל קיימות מספקים תשתית מים כבדה.

תגובה מודולרית קטנה (SMRs) ו- Fusion

כמה עיצובים של SMR, כולל אלה המבוססים על טכנולוגיית CANDU, לשקול מים כבדים כמו מחזורי הפניה או קירור. השימוש במים כבדים ב SMRs יכול לספק את אותם גמישות דלק ויתרונות ההתנגדות לתפוצה בקנה מידה קטן יותר.לדוגמה, הרעיון של מעבדות גרעיניות קנדה עבור כור היתוך קטן, עדיין ייצור אנרגיה גבוהה של DUDVolating היא יעילה לפיתוח של ייצור חשמלאי (DV) יעיל לפיתוח של ייצור חשמלאי הוא גם כן, הוא יעיל חדש של כוח אדם).

שרשרת אספקת המים הכבדה עשויה גם לראות שינויים אם היתוך הופך מסחרי. צמח GWe היתוך באמצעות דלק D-T יצרכו כ-50 ק"ג של טריטייום בשנה, אשר יהיה צורך להיות מפורק מליתיום.ההדה הנדרשת תהיה בערך 5 ק"ג בשנה, שבריר רשלנית של ייצור נוכחי.

מסקנה

מים כבדים יותר ממתקר או מתווך; זוהי הבחירה הטכנולוגית הממוסדת שמעצבת את מחזורי הכלכלה, האבטחה ואת הערך האסטרטגי של מערכת כור CANDU. המאפיינים הגרעיניים הייחודיים של דהויריום מאפשרים שימוש באורניום טבעי, מתן עצמאות מחזורי דלק כי הוא נדיר בתעשייה הגרעינית העולמית, ייצור תעשייתי של מים כבדים, נשלט על ידי תהליך Girdlersulfide, בנוי הממציאים הלאומיים כמו המשך טיפול גרעיני ארוך טווח, כולל פיתוח כוח מתקדם.