Table of Contents

חוסר יכולת לאנרגיה גרעינית בת קיימא

דחיפה העולמית לדה-קרביזציה החזירה את הכוח הגרעיני בחזרה באור הזרקורים.בין המושגים הכורים מתקדמים, כורי גזע מהירים (FBRs) מציעים מסלול ייחודי לצמצום דרמטי של טביעת הרגל הסביבתית של אנרגיה גרעינית.בניגוד לכורים קונבנציונליים של מים קלים (LWRs) שמשתמשים רק כ-1% מהאנרגיה באורניום של הנדסת מכרה, FBRs יכולים לחלץ 50 עד 100 פעמים יותר אנרגיה ליחידת דלק זה מתורגם באופן ישיר לפסולת אנרגיה.

מאמר זה חוקר את עקרונות העיצוב, טכנולוגיות ואסטרטגיות המאפשרות כורים מהירים להשיג השפעה אקולוגית מופחתת באופן דרסטי תוך שמירה על בטיחות גבוהה וכדאיות כלכלית.

מה הם תגובה מהירה של ברדר?

כורכור מהיר הם סוג של כור גרעיני שמשתמשים בו FLT:0 [Nutronsph1] (energies > 0.1 MeV) כדי לקיים את תגובת שרשרת הכריתה.בניגוד ליצרים תרמיים, אשר להאט את נויטרונים עם מתווך (מים או גרפיט), Fs לפעול ללא מתווך של אופן, מאפשר ערפיליות-238), אשר מאפשר 232-2 ;2 ;2 ;2 ;2 ; ; ⁇ (U- ⁇ ) בהתאמה, בהתאמה, בהתאמה, בהתאמה, 232- ; ; ; 2322 ; 232- 232- ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ⁇ ; ; ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מכיוון ש-FBRs מייצרים יותר חומר פישיל ממה שהם צורכים (יחס משב רוח גדול מ- 1.0), הם נקראים "מבשלים" יכולת הרבייה הזו מאפשרת עלייה של כמעט פי 100 של אנרגיה מ אורניום טבעי בהשוואה לכורים קונבנציונליים.הגרעין הטיפוסי FBR מורכב מאזור מרכזי של דלק פיזיול (לעתים קרובות מעורבב, MOX, או ⁇ ) מוקפים על ידי שמיכות של נורטון חדש, הם דליפות.

אפשרויות מגניבות והשלכות סביבתיות

מכיוון שכורים מהירים אינם יכולים להשתמש במים כקרר (מים מאטים את הניטריונים באופן יעיל מדי), קירור חלופיים הם חיוניים.

  • (FLT:0)Liquid Sodium:FLT:1rative תרמית מעולה וקליטת נויטרונים נמוכה.עם זאת, נתרן מגיבה נמרצות עם מים ואוויר, הדורש לולאות קירור מורכבות בינונית.
  • (FLT:0) מוביל או מוביל-ביסטות Eutectic (LBE): irFLT:1 מבחינה כימית עם אוויר ומים, קירורים מובילים לחסל את הסיכון האש.הם מציעים נקודות ממושכות יותר ומגן קרינה מעולה.עופרת היא בשפע ולא רעיל בצורתו הבסיסית, אם כי מובילי-ביופולן מייצר פונומטר-210, תנודתית אלפאנטית כי חייב להיות נשלטת.
  • (ב)0)Gas Coolants (Helium או CO2)rea:FLT 1 Helium הוא אינפורט כימי שקוף לניטרוונים, אבל קירור גז דורש לחץ גבוה ויש לו יכולת חום נמוכה יותר, הגבלת צפיפות החשמל.

עקרונות עיצוב למינימום השפעה סביבתית

יצירת FBR עם טביעת הרגל הסביבתית הקטנה ביותר דורשת שילוב של קיימות לכל בחירה עיצובית.העקרונות הבאים משמשים מסגרת:

1 צריכת דלק יעילה Utilization ולהפחית Mining

יחסי ברידה מעל 1.0 משמע ש-FBR יכול לפעול במשך עשרות שנים על אותו עומס דלק ראשוני, עם הסרת מעת לעת של מוצרי סדקים ותוספת של חומר פורייה.זה מפחית באופן דרסטי את הצורך כריית אורניום, מנקה, והעשרה - שיתופי פעולה המייצרים פליטות גזי חממה משמעותיות, זנבות רדיואקטיביות והפרעה קרקעית.

צמצם את הפסולת הרדיואקטיבית הארוכה של Long-Lived Radioactive

דלק קונבנציונאלי LWR ביל מכיל תערובת של מוצרי פשידה (בעיקר דעיכה לרמות בטוחות בתוך כמה מאות שנים) ואלמנטים טרנסאורניים כמו פלוטוניום, americium, ו curium, אשר נשארים מסוכנים עבור עשרות אלפי שנים כורים מהירים יכולים "לשרוף" אלה טראנסוריאנים כמו דלק, צמצום הרעילות לטווח הארוך של פסולת סופית על ידי מעל 90%.

סיכון בטיחות לקוי ותאונות נמוכות

טביעת הרגל הסביבתית כוללת את הסיכון לזרמים מקריים.עיצובים מודרניים FBR משלבים את התכונות הבטיחות החסינות של FLT:1 אשר מסתמכים על תופעות פיזיות טבעיות – צמיחה, התרחבות תרמית, זרימת דם טבעית – במקום משאבות פעילות או התערבות מפעילית. לדוגמה, אובדן קירור במתקן מהיר מוביל (LFR) מוביל להתרחבות הליבה ולצמצום פעילות גופנית, השבת שרשרת יעילה ללא תגובה פוטנציאלית עבור מערכות בטיחותיות ולהפחית את הצורך האנושי.

4. התאמת הסביבה

בחירת קירור שאינו רעיל, לא תגובתי, ונכלל בקלות הוא חיוני.הקררים מבוססי מוביל מציעים יתרונות ברורים על נתרן: הם לא לשרוף או להתפוצץ על מגע עם אוויר או מים, חיסול הסיכון של שריפות נתרן.עופרת היא צפופה ומגינים קרינה ביעילות, צמצום דרישות מגן וחומרי בנייה.

5. עיצוב קומפקטי ויבשה

כורים מהירים יכולים להשיג יותר של נחיתות חשמל מאשר כור תרמי, כלומר ליבת קטנה יותר וספינת עבור אותו פלט חשמל.זה מקטין את כמות הבטון, פלדה וחומרים אחרים בנייה - להפחתת טביעת הרגל המגומה של פחמן. Smaller עקבות גם לאפשר FBRs להיות ממוקם על אתרי חומים תעשייתיים או ליד מרכזי אוכלוסייה, צמצום אובדן שידור וטרנספורמציה קרקע.

אסטרטגיות עיצוב חדשניות לצמצום טביעת הרגל הסביבתית

כמה גישות עיצוב מתקדמות נרדפות ברחבי העולם כדי למקסם את היתרונות הסביבתיים של כורים מהירים:

עיצובים מודולריים ומפעלים-Fabricated

כורים מהירים מודולריים (SMFRs) עם פלטות חשמל מ 50 MWe ל-300 MWe ניתן לבנות במפעלים ונשלח לאתרים. גישה זו מקטין פסולת בנייה באתר, מקצרת את זמני הבנייה, ומאפשר תוספות יכולת מצטברות התואמים לביקוש צמיחה.עיצוב מודולרי גם להקל על סטנדרטיזציה, אשר מורידה את העלות של אישורי בטיחות וסימולציות decommissioning.

מחזורי דלק סגורים ומעבדים מתקדמים

מחזור דלק סגור מעבד מחדש את הדלק הגרעיני כדי להפריד אורניום ו transuranics ממוצרים סדקים.חומרי התאושש מוטבע דלק חדש עבור FBRs. טכניקות עיבוד מתקדמות כגון FLT:0pyroמעבדים ממוצרי פיזור אורניום 1 (אלקטרוני הפרדה) ו-FLT:2aqueous reprocessing Reprocessing FLT 3 (שינוי עם טמפרטורות גבוהות יותר) יכול להפחית את הפחתת כמויות קטנות יותר של פסולת גבוהה יותר.

ראשי > ראשי > Lead-Bismuth Coolant Systems

כורכור מהיר מוביל (LFRs) צוברים לטובת היתרונות הסביבתיים שלהם.עופרת היא בשפע, לא רעילה, וכימיקלית אינרציה.יש לה נקודה מרתיחה גבוהה (1749 ° C), כך שנשארים קרירים אפילו בטמפרטורות גבוהות מאוד ללא לחץ, ביטול הסיכון של רתיחה או לחץ על תכונות טבעיות מצוינות של מוביל, עיצוב, צמצום זרימת הדם ואת משאבות הסביבה (RRD) כי הם עלולים להדגיש את העיצוב (Ricoled בטיחות) ואת העיצוב (Ricoled) כי הם עלולים להדגיש את הדליקו השפעה סביבתית (R) ואת העיצוב (Rackdol הרס).

מערכות המכילות משופרות ו- Multi-Barrier

FBRs המודרנית משלבת כמה שכבות של להכיל כדי למנוע פרסום רדיואקטיבי.הגבול הקרר העיקרי (כלי שיט), המכילה משנית (כלי משמר), ובניית כור מהווה מחסום משולש. חומרים מתקדמים כגון פלדות עמידות קורוזיות (למשל, T91 עבור קירור) להאריך את חיי הרכיב ולהפחית את תדירות של תחזוקת סגורה.

המונחים: Decay Heat Removal

לאחר כור נסגר, חום חיוור מדעיכה רדיואקטיבית חייב להיות הוסר במשך שבועות כדי למנוע נזק דלק.מערכות הסרת חום פסיביות להשתמש בזיהום טבעי או קרינה כדי להעביר חום לאטמוספירה.לדוגמה, סוג בריכה LFR מטבול את הליבה כולה בנפח גדול של מוביל, אשר מספק אינרטיה תרמית ענקית.

הערכה סביבתית של תגובה מהירה Breeder

כדי למזער באמת את טביעת הרגל הסביבתית, עלינו לשקול את כל מחזור החיים - מ כריית אורניום וגליון דלק באמצעות פעולת כור כדי להשפיל וסילוק פסולת.

השפעות על הזרם: Mining, Milling, and Enrichment

מכיוון ש-FBRs יכול להשתמש אורניום מרוקן (מוצר של העשרה) ופלוטוניום ממוחזר, הביקוש כריית במעלה הזרם הוא הרבה יותר נמוך מאשר פעם אחת דרך LWRs. A 1000 MWe FBR הפועל במשך 60 שנים עשוי לדרוש רק 100-200 טון של אורניום טבעי, בהשוואה ל-5000 טון עבור LWR דומה, זה מקטין את שטח הקרקע מופרעת על ידי כרייה, נפח של אנרגיה רדיואקטיבית, אשר בדרך כלל נצרכת יותר אנרגיה גרעינית (שמנה) ונצרכת יותר אנרגיה גרעינית (שמנה) ונצרכת יותר).

שימוש במשאבים ובשימוש

במהלך המבצע, כור גרעיני מייצרים אפס פליטות CO2 ישירות.הפליטות עקיפות מגיעות מבנייה של הצמח, ייצור קריר, ייצור דלק ייצור, וניהול פסולת. FBRs עם בטיחות פסיבית ועיצובים קומפקטיים יש פוטנציאל להפחית את פליטות הבנייה עבור MWh. לדוגמה, השימוש של קירור מוביל מבטל את הצורך עבור מחלפי חום גדולים ומערכות הקטנת מים תגובת נתרן, צמצום פלדה וכמויות קונקרטיות.

רישום חומרים ומחזור חומרים

FBRs נועדו להשמצה קלה יותר.רכיבים מודולריים ניתן להסיר בחלקים, ואת כלי הכור (לעתים קרובות גדול) ניתן לחתוך ומחזר.עופרת קירור ניתן לרוקן ולהשתמש בו מחדש בכורים חדשים או נמכר כחומר מגן.פעיל חומרים מבניים (למשל, ליבה פנימית) הם קומפקטיים וניתן להיפטר מהם בתוך מאות שנים ליד-surfaceitoito לאחר כמה עשורים של פסולת קטנה ניתן לאחסן.

אתגרים ומייגים

למרות ההבטחה שלהם, FBRs עומדים בפני מכשולים טכניים וכלכליים שיש להתגבר עליהם כדי להשיג פריסה נרחבת עם טביעת רגל סביבתית מינימלית.

תוצאות חיפוש from Fast Neutrons

נויטרונים מהירים גורמים נזק משמעותי לרכיבי כור - מתפתל, הריסות, ומצמרנים.פיתוח ⁇ עמידת קרינה (פיזור חד-חמצני מחזק פלדה, פלדה ferritic-martensitic) הוא קריטי להרחיב את תקופות החיים של רכיב וצמצום הפסולת מתחליפי מחקר מוקדמים.

זיקוק דלק ועיבוד מורכבות

מחזורי דלק סגורים דורשים צמחים מעובדים יקרים ומהווים סיכון להפצת סיכונים.טכנולוגיות מתקדמות כגון עיבוד מלח מלוטש מציעים אלטרנטיבה קומפקטית יותר ורב-חיים ל- PUREX המסורתית.The FLT:0Generation IV International ForumveFLT:1 לתאם מחקר בינלאומי למחזורי דלק סגורים מבחינה כלכלית.

אחריות על

עלות ההון של FBRs גבוהה כיום מזו של LWRs בשל השימוש בחומרים אקזוטיים, מערכות קירור מורכבות, ואת הצורך בעיבוד באתר.עם זאת, ניתוחי עלות מחזור חיים להקצות ערך להפחתה של פסולת, יעילות דלק, וטווח ארוך טווח אספקת דלק אבטחה להראות FBRs יכול להיות תחרותי, במיוחד במדינות עם תלות גבוהה של הממשלה כי לשים מחיר על פחמן ולהפחית את הפחתת פסולת גרעינית יכול להיות שלילי של פסולת כלכלית.

התנגדות

[הגלוטוניום] מעלה חששות להפצת נשק, הפלוטויום המיוצר ב FBRs מכיל חלק גבוה של איזוטופים (Pu-238, Pu-240) שאינם אידיאליים עבור נשק והם רדיואקטיביים מאוד, מה שהופך את ה diversions קשה.עיצוב מחזורי דלק FBR כדי למנוע זרמי פלוטוניום טהורים - למשל, על ידי השארת כמה מוצרי חיטוי מעורבים עם ה-Rurasen ⁇ (International FIA) ו-RRAFlasts (R) של חומרים בינלאומיים (R) ו-RRAEFS (R) של חומרים אטומיים נוספים: אטומיים: אטומיים)

מחקרים: FBR פרויקטים מיניים שדרוג טביעת רגל סביבתית

BREST-OD-300 (רוסיה)

BREST-OD-300 הוא כור מהיר מאויש על ידי בנייה בסרסק, רוסיה.זה נועד להשתמש דלק nitride מעורב (uranium-plutonium-nitride) ולפעול עם יחס רבייה קרוב ל 1.0.העיצוב כולל מתקן עיבוד דלק באתר, יצירת מחזור דלק סגור באתר יחיד.

PRISM (GE-Hitachi, ארה"ב)

ה- PRISM (Power Reactor Innovative Smallמודול) הוא כור מהיר מודולרי (11 MWe) הוא משתמש דלק מתכת והוא נועד לצרוך טרנסאורניקה מדלק בזבז.תכונות סביבתיות מפתח כוללות בטיחות פסיבית ואת היכולת לפעול עם ייצור דלפק נטו אפס או אפילו כשורף נטו של plutonium.

MyRRHA (Belgium)

פרויקט MyRRHA הוא כור מחקר גמיש רב תכליתי (100MWth) שיכול לפעול בשני תת-ביקורתיים (מכוון על ידי מנהל) ושיטת ביקורתי.זה משתמש בקורר הראשי-ביו-המוט, והוא נועד להפגין טרנסמולציה של רדיונוקלידים ארוכים (למרות שלא גזע מסחרי, המחקר של MyRRHA יודיע על פיתוח של מוביל עתידיים-קופולציה FINDS עם השפעה מינימלית יותר על ידי CLTS) ניתן למצוא את הפרטים של CCKEN.

Future Outlook and the Role of Fast Breeder Reactors in a Sustainable Energy Mix

כורים מהירים מייצגים שינוי פרדיגמטי באנרגיה גרעינית: ממודל של פעם, מרוקן משאבים ועד ל-Auto-loop, משאבים-מקסימים, מערכת צמצום פסולת.כפי שהעולם מתמודד עם האתגרים של שינויי אקלים וביטחון אנרגיה, FBRs מציעים נתיב ממשי כדי להדוף חשמל, תעשייה ואפילו ייצור מימן.

מחקר מתמשך מתמקד בצמצום עלויות ההון באמצעות סטנדרטיזציה, שיפור חומרים לעמוד במינונים גבוהים של נויטרונים, ופיתוח מחזורי דלק מתקדמים שהם גם כלכלי וגם עמיד בפני חיים.שילוב של FBRs עם אנרגיה מתחדשת - ניצול יכולת מעקב העומס שלהם לייצב את הרשת - יכול לשפר עוד יותר את האישורים הסביבתיים שלהם.

ממשלות וארגונים בינלאומיים, כולל ה-FLT:0 ,World גרעין Associationsph1, פרויקט ש-FBRs יכול לספק חלק משמעותי של חשמל גלובלי עד סוף המאה הנוכחית, במיוחד במדינות עם ציים גרעיניים גדולים וממציאי דלק בילו.עם תכנון קפדני, פיקוח רגולטורי ומעורבות ציבורית, כורי גזע מהירים יכולים להיות פרוסים עם טביעת רגל סביבתית מינימלית, לתרום לעתיד בר קיימא.

מסקנה

תכנון כורים מהירים להשפעה סביבתית מינימלית הוא גם מאמץ טכני ופילוסופי.הוא דורש חשיבה מחדש על כל היבט של מחזור הדלק הגרעיני - החל מבחירה של חומרי קירור ודלק לצורה של בניין ההחזקה ואסטרטגיה לניהול הפסולת.העקרונות המתוארים במאמר זה - שימוש יעיל בדלק, בטיחות פאסיבית, קירורים מובילים, מחזורי דלק סגורים, בנייה מודולרית - הם לא תיאורטיים; הם מיומים בפועל היום כורעים אמיתיים.

טביעת הרגל הסביבתית של כוח גרעיני תמיד הייתה קטנה יותר מזו של דלקים מאובנים, אבל FBRs יכול להפוך אותו אפילו קטן יותר. על ידי צמצום דרסטי של כרייה, נפח פסולת, סיכונים בתאונות תוך שמירה על אמינות גבוהה פליטות פחמן נמוכות, כורי גזע מהירים יכולים לשחק תפקיד מרכזי במעבר אנרגיה נקייה.המסע לעבר טביעת רגל סביבתית מינימלית הוא מתמשך, אבל היעד הוא בבירור בהישג יד.