הבנה מהירה של תגובה מהירה

כורים מהירים מייצגים מעמד בוגר אך מתפתח ללא הרף של טכנולוגיית משקעים גרעינית המייצרת יותר דלק פישיל מאשר היא צורכת.בניגוד לכורים תרמיים קונבנציונליים הנשען על מתווך נויטרונים איטיים, כורים מהירים פועלים עם אנרגיה גבוהה (מהירות) ניטרון אנרגיה (Riceralus) ו- 100-Rine-pine-to-pine) מגבירים את השיפורים של דלק גרעיניים במהירות (Fine-R).

הצי המקורי של כורים מגזעים מהירים, כולל אבטיפוס כמו Phénix ו Superphénix, BN-600 של רוסיה, ו- Monju של יפן, הדגים את הפיזיקה הליבה של הרבייה, אך גם גילו אתגרים תחזוקה משמעותיים ומבצעיים.היום הדור הבא של עיצובי הדור הבא של היום לבנות על שיעורים אלה על ידי שילוב חומרים מתקדמים, מערכות בטיחות פסיביות, בנייה מודולרית, וכימאים מגניבים.

עקרונות היסוד של תגובה מהירה Breeder Physics

כדי להעריך את חידושי העיצוב בכור מהיר הדור הבא, חיוני לבחון מחדש את הפיזיקה הגרעינית שמבססת אותם. בכור מהיר, ספקטרום האנרגיה של הניטרון נשמר מעל 100 keV, ללא התמרון המסופק על ידי מים, גרפיט, או מים כבדים. ספקטרום אנרגיה גבוהה זה מניב שני יתרונות קריטיים:

  • (FLT:0) עודף נויטרונים גבוה (FLT:1): כל אירוע פשפשות בכור מהיר משחרר בממוצע 2.6 עד 2.9 נויטרונים, בהשוואה ל-2.4 בכורים תרמיים.ניתן לכפור את הניטרוונים העודףים על ידי איזוטופים פוריים כדי לייצר חומר פיזיול חדש.
  • (FLT:0) אקטיניד בוערת: 1 (Neptunium, americium, curium) ו- plutonium isotopes גבוה יותר, אשר אחראי על חלק גדול של רדיואקטיביות לטווח ארוך של דלק גרעיני.

יחס רוחב (FLT:0) ל-FLT:1 - מספר האטומים החדשים המיוצרים על אטום fissile נהרס - הוא מדד הביצועים העיקרי עבור כור גזע מהיר. יחס הרבייה גדול יותר מ 1.0 פירושו הכור מייצר יותר דלק מאשר זה משתמש. עיצובים מוקדמים השיגו יחס רבייה של 1.1-1.2, אבל הדור הבא שואפים ליחסי מעל 1.3 באמצעות גיאומטריה מתקדמת, קליטוריטריעת דלקים מתקדמים, סגסוגת טפילים.

פיתוח מפתח ב-Generation Fast Breeder Reactors

עיצובים מודרניים של כור גזע מהיר משלבים חבילה של התקדמות טכנולוגית המטפלת בחסרונות של אבטיפוס מוקדם יותר.החידושים האלה משתרעים על מערכות קירור, פריסת ליבה, חומרי דלק, ⁇ מבניים, ומכשירים.

מערכות Coolant

מכיוון שכורים מהירים אינם יכולים להשתמש במים כקרר (מים מאטים נויטרונים), הם מסתמכים על מתכות נוזליות.סויום היה הקרנית של בחירה מאז ימי ההתפתחות המהירים בשל התנהגות תרמית מעולה שלה, נטייה נמוכה, ונקודת רתיחה גבוהה (883 מעלות צלזיוס).

  • (FLT:0) נתרן ליקוויד עם טיהור מתקדם של טיהור: טיהור קר ואלקטרוכימי להסיר מוצרי חמצן וקורוזיון, להאריך את חיי הרכיב. oxide-dision-strengthenated (ODS) פלדה להראות תאימות עם נתרן בטמפרטורות עד 550 מעלות צלזיוס.
  • (FLT:0Lead or Lead-bismuth eutectic (LBE) CoolantscioFLT:1: מוביל ו LBE הם מבחינה כימית לאר עם אוויר ומים, חיסול הסיכון של שריפות נתרן.הם מציעים גם נקודות ממושכות יותר (מעל 1600 מעלות צלזיוס) ושיפור כלכלת נויטרונים.
  • (FLT:0)GFR קירור (הליום) 1FLT: כמה מערכות נויטרונים מתקדמות, כגון גז-קולק מתגובה מהירה (GFR), להשתמש הליום כמגניב. Helium הוא אינרטי מבחינה כימית, שקוף ל נייטוונים, ויכול להניע גז ישירות ליעילות תרמית גבוהה.

עיצוב מקורי

ליבת הכור הדור הבא מתרחקת מצורות גדולות, מונוליטיות לעבר קומפקטיות, מודולריות ו"שורבת" או "מבשל" הפריסה אופטימיזציה.

  • (FLT:0) גיאומטריה הליבה של הליבה (FLT:1): קוטרים קטנים יותר להפחית דליפת נויטרונים, שיפור יחסי הרבייה. חלק מהעיצובים כוללים הסדר "בדיקה" של דלק ושמיכה כדי לזרז את פרופיל הכוח הרדיואקטיבי ולצמצם כתמים חמים.
  • (FLT:0) שמיכה אקסקלית ורדיונל 1 (Feloph: אורניום או שמיכה ימית ממוקמים סביב ליבת לכידת ניטרון, מה שממיר אותם לחומר מפוצל.דמיות ליבה מתקדמות מאפשרות לשמיכה להיות מוצבת בצורה אופטימלית ומעבדה מחדש פחות לעתים קרובות, צמצום עלויות מחזור הדלק.
  • (FLT:0) דלק מטלטל (Metal דלקsFLT:1): בעוד דלק תחמוצת (MOX) מעורב היה תקן היסטורי, דלקי מתכת (U-Pu-Zr ⁇ s) מציעים מוליכות תרמית גבוהה, צפיפות כבדה יותר, והתאמה טובה יותר עם עיבוד מחדש באמצעות pyrometallurgy. Metal מאפשרת יחסי גידול גבוה יותר ומרקציה פשוטה יותר.
  • (FLT:0) דלקי מאטריקס מאטריקס 1RE: עבור כורים שנועדו בעיקר לשרוף פועלים קטנים, דלקים ממטריקס אינרטי (למשל, מזחלות ללא אורניום כגון MgO, ZrO2, או SiC) מקטינים ייצור פלוטוניום נוסף תוך שימוש יעיל במלאי הטראנסיני הקיים.

חומרים מתקדמים

מרכיבים פנימיים פנימיים מרכזיים, קלדינג, ונפיחות מגניבה בכורים מהירים נחשפים לשטף טון מהיר אינטנסיבי (עד 1015 n / m2s) וטמפרטורות גבוהות. Swelling, Cra, ו embrittlement הם תופעות מיליטנטיות חיים.

  • (ב) HT91, HT9)FLT: אלה מציעים התנגדות מצוינת לנפיחות המושרה קרינה בהשוואה לפלדות אל-חלד אוסטי.
  • (FLT:0) פיזור פיזור פיזור (ODS) ⁇ sFLT:1: ODS ferritic פלדה, עם חלקיקים ננומטרי ytria, לשמור על חוזק גבוה ולהחליש התנגדות עד 700 מעלות צלזיוס, המאפשר מחזורי שריפת דלק ארוכים יותר.
  • (FLT:0) ,Silicon carbide (SiC) מורכב מ"FLT:1: מרפלקסים של מטריקס צוואר הרחם נמצאים בחקירה על יישומים קלופים בשל ספיגת נויטרונים הנמוכה שלהם, יכולת טמפרטורה גבוהה, וסובלנות לתאונה טבועה.

שיפור בטיחות

בטיחות היא מטרת העיצוב המרוממת לכל כור גרעיני, אך כור גזע מהיר מציג אתגרים ייחודיים כגון יעילות תגובתיות של ריקנות חיובית (בכמה עיצובים מאוישים נתרן) ותגובתיות כימית של הקריר. הדור הבא כורים מהירים מטבוליים הטמיעו תכונות בטיחות פסיביות הדורשות מפעילות מפעיל או כוח חיצוני כדי לסגור ולקרר את הליבה.

מערכות סתום חוצות

עיצובים מודרניים משלבים מנגנונים של מנגנוני חסימה עצמית הנשען על פיזיקה ולא על אלקטרוניקה.לדוגמה, ההרחבה FLT:0) מנגנוני ההתרחבות של גזים (GEMs) שהוצבו בתוך חלל הליבה של כורים מאוישים מובילים מתרחבים כאשר הלחץ הקרר טיפות, הוספת תגובת שלילית.

המונחים: sounding

כורים מהירים של הדור הבא נועדו להסיר חום דעיכה דרך כריתת חום טבעית במעגל הקרר העיקרי, חיסול הצורך משאבות פעיל גנרטורים דיזל חירום.זה FLT:0passive דעיכה חום הסרת חום חום FLT:1 מושג על ידי איתור חילופי החום מעל הליבה ועיצוב נתיבי זרימה נמוכים.

מכיל וידוי

אסטרטגיות המכילות מתקדמות כוללות כלי שמירה כפולים התופסים כל נתרן או דליפות מובילות, ובניינים משניים משומרים על מנת למנועבעירה.חלק מהעיצובים משלבים את הלולאה העיקרית לתוך כלי כור אחד, תוך חיסול גדול גדול-הכיפוף שיכול לשבור.המושג של FLT:0 "לעמוד בטוח" 1LT 1 - אחד שיכול לשרוד תחנת כוח שחור ללא צורך של הדור הבא של מערכות עיצוב מהירות.

השפעות סביבתיות והפחתה של פסולת

אחד הטיעונים המשכנעים ביותר עבור כורים מהירים של הדור הבא הוא היכולת שלהם להפחית באופן דרמטי את נפח, רדיוטוקיות, ומשך האחסון של פסולת גרעינית.העבר באמצעות מחזורי דלק בכורי מים קלים לייצר דלק מבזבז כי יש מבודד במשך מאות אלפי שנים. כור גזע מהיר יכול לסגור את מחזור הדלק על ידי מחזור מחזורי מחזורי כל אקטיני לטווח ארוך.

Actinide Burning and Transmutation

[ה] ספקטרום הניטריונים באנרגיה גבוהה בכורות מגזעים מהירים, מאובנים קטנים (Np, Am, Cm) ואפילו כמה מוצרים סדקים (במחזור סגור לחלוטין), אלמנטים אלה ממוחזרים שוב ושוב עד שהם מפוצצים לגישה יציבה או קצרה של איזוטופים (GalLT):0רדיו-0רדיוטריות של שפכים אחרונים של שפכים 1 ל-R:2 שנים של מחקר גיאו-Flowic:

יעילות הדלק

על ידי המרת אורניום מדולדל (99.3% אורניום מזוייף אשר יהיה אחרת להיות מלוטש) לתוך פיטולוטויום, כורים גזע מהיר יכול לחלץ 60 עד 100 פעמים יותר אנרגיה לטון של אורניום מזוייף מאשר כור מים קונבנציונלי מים.חלק עיצובים עבור FLT: יחס מכוונן מעל 1.3FLT:1, כלומר עודף יכול להיות מנפח יעיל יותר של אנרגיה זה אלפי שנים באמת.

אתגרים מגבילים את ה Deployment

למרות הבשלות הטכנית שלהם, הדור הבא של כור מגדלים מהירים עדיין לא השיגו פריסה מסחרית רחבה.יש להתגבר על כמה אתגרים מתמשך:

  • (FLT:0) עלויות הון גבוהות של ההרחבה: הצורך בחומרים אקזוטיים, תשתיות נתרן, ומתקנים לעיבוד דלק מניעים עלויות בנייה באופן משמעותי מעל אלה של כור מים קלים.לדוגמה, כור BN-800 ברוסיה עולה כ-5.5 מיליארד דולר.
  • (FLT:0Coolant Treatment ComplexitiesFLT:1): פעילות הכימית של סויום דורשת הכשרה מיוחדת ומערכות בטיחות נוספות.עופרת-bismuth קירור לייצר פולון רדיואקטיבי-210, אשר מציב סיכונים לטיפול.עיצובים ספוגי גז חייבים לנהל משקעים בלחץ גבוה וטמפרטורה גבוהה עם חותמות צמודות.
  • (ב) [ה]: [ה] [ה] [ה]]: [ה], [ה],] [ה],] [ה],] [ה]][דרוש]]]] [ההה]] [הההההההההההחלים] של התחנות] המפרידות של ה-MOX, הפיצול טכנולוגיות המחודשות מעלה חששות בלתי-מהפכה.
  • (FLT:0) הידרדרות אווירית תחת תנופה גבוהה של פלורנסט 1 (FLT: אפילו הבאדור פלדה ו ⁇ ODS בסופו של דבר סובלים נזק קרינה. Peak מהיר-neutron fluence in a מסחרי צמח ליבת הכור יכול לעלות על 5×1023 n / CM2, הדורש החלפת מחזורית של כפיפות דלק ובסופו של דבר, הליבה ואת מרכזי מחקר הוא מתמשך לפיתוח עצמי וטכניקות בדיקה מתקדמות.

פרויקטים ותוכניות דיג

כמה מדינות שומרות על תוכניות מחקר כורים של מגדלים מהירים, עם שני כורים ניסיוניים והמפגינים הפועלים או בבנייה.

  • (FLT:0 RussiaigFLT:1) מפעילה את שטח המסחר BN-600 (מאז 1980) ו- BN-800 (מאז 2015) כורים מאוישים נתרן בלורירסק.העיצוב BN-1200M מפותח עם בטיחות פסיבית משופרת ושיפור דלק מתכת.
  • (FLT:0) IndiaveFLT:1 יש תוכנית מגדל מהיר מקיפה, עם 500 MW Prototype Fast Breeder Reactor (PFBR) ליד קריטיות בקליפקה.הודו מתכננת לבנות צי של שישה כורים מהירים עד 2032 כדי לנצל את עתודות הטוריום הגדולות שלה.
  • (FLT:0 ChinacioFLT:1) מפעילה את 20 MW CEFR והוא בונה את הכור הגדול CFR-600 נתרן-הסונול-קול-קומיום-קול-קומיום-קומיום-קול-קומיום-קומיום-קול-קול-קול-קומוניזציה-קולקה.
  • (ב) [ה][דרוש מקור]] [ה]]] [ה]] [ה]] [ה]][ה]]]][ה]]]][ה]]]][ה[[המאה ה-1]]], אשר מאמת את המחקר על הכור המהיר המובא (LFR) ועל מנגנוני ה-ידי גז (GFR) .

אינטגרציה כלכלית ודלק

עבור הדור הבא של כורים מהירים להיות קיימא מבחינה כלכלית, הם חייבים להשתלב במערכת הכוללת ייצור דלק, עיבוד מחדש וניהול פסולת. TheFLT:0 מדורג עלות עלות חשמל (LCOE)FLT:1 ממגדל מהיר מושפע מאוד על ידי עלות של עיבוד מחדש (הון ובירה) ואת מידת הדלק הנוכחי מציע, עם מספר רב של יחידות ייצור חשמל מתקדמות, במיוחד מאשר משאבים מתקדמים, אשר ניתן לגדל יותר ממחזור חשמל או מאיכות גבוהה יותר מאשר מאנרגיה מתקדמת, אשר יכול להיות מאנרגיה מתקדמת יותר מאנרגיה מתקדמת יותר מאנרגיה מתקדמת, או מאנרגיה מתקדמת יותר מאנרגיה מתקדמת יותר מייצור מהיר יותר מאנרגיה מתקדמת, 000, 000, 000, 000, 000, 000, במיוחד, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, במיוחד, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, במיוחד, 000 מייצור מהיר יותר מייצור מהיר יותר מאשר מייצור מחדש, 000 מייצור מחדש של עיבוד גבוה יותר מייצור מחדש, 000, 000, 000 מייצור מחדש, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 מייצור מחדש, 000 מ

אם כור גזע מהיר משיג כוויות של 150 GWd /tHM (gigaוואט-Days tonne ofכבד מתכת) ויחס רבייה של 1.2, העלות של עיבוד מחדש יכול להיות מסתכם על ידי הערך של דלק bred ועלות ההימנעות של סילוק פסולת קבוע.

כיוונים עתידיים של Outlook ומחקר

כורכור מהיר הדור הבא אינו טכנולוגיה אחת אלא משפחה של עיצובים - מאולתר, מוביל-מול, מוטבע גז - כל אחד עם יתרונות ייחודיים.העתיד הקרוב שייך עיצובים מנומנמים-קוכלים, אשר נהנים מעשרות שנים של ניסיון תפעולי קטן.עם זאת, כורים מהירים מתקדמים (LFRs) צוברים עניין עבור שלהם בתחום הכימיה ופוטנציאל של מרכזי חשמל קצרים (מטווח מהיר) בין 50 שנים).

מחקר מפתח עבור 2030-2050 כולל:

  • (ב) [15] פעולה אוטונומית (FLT) 1:1 (הופנה מהדף בינה מלאכותית למעקב אחרי ליבת בזמן אמת ותחזוקה חיזויית).
  • (ב) ,0) ייצור אדרבאטיבי (FLT:1) של מרכיבים מרכזיים מורכבים (למשל, חילופי חום, רשתות) כדי להפחית את עלויות ולהוביל זמן.
  • (ב) ,0) ,התקדמות של מחזורי דלק מתקדמים (FLT:1) המשלבים את היבולים עם צרבת אקטיניד קלה בכור יחיד.
  • (FLT:0) אמצעי הגנה טכניים-SOcio-technical ProtectionsFIRLT:1) שילוב blockchain ו-iOSITION עבור אימות מלאי מתמשך.

בעוד העולם מתמודד עם שינויי האקלים ומבקש כוח עומס בסיס מבוזר, כורי גזע מהירים הדור הבא מציעים שילוב ייחודי של ביטחון אנרגיה, צמצום פסולת, וקיימות ארוכת טווח.בעוד אתגרים טכניים וכלכליים נשארים, המומנטום המשותף של שיתוף פעולה בינלאומי - מתחת ל-FLT:0 (FLT:1IAEA’s Fast Reactor Technology Developmentment:2LT3) 3.