Fondamenti della tecnologia del reattore di Breeder Veloce

I reattori ad allevamento rapido (FBR) rappresentano una classe di reattori nucleari che operano su uno spettro neutronico veloce, tipicamente utilizzando metalli liquidi come il sodio, il piombo, o il piombo-bismo eutettico come i refrigeranti.

La scelta del refrigerante in un reattore FBR influenza fortemente le dimensioni del reattore, le caratteristiche di sicurezza e la compatibilità con le infrastrutture urbane. I reattori veloci raffreddati a sodio (SFR) sono la tecnologia più matura, con decenni di esperienza operativa da ricerca e impianti di produzione commerciale in Russia, Giappone, Francia e Stati Uniti.

Sfide di progettazione uniche per il dispiegamento urbano

L'istituzione di un reattore nucleare all'interno o vicino a un ambiente urbano introduce vincoli che sono molto più esigenti di quelli per luoghi remoti o rurali, che abbracciano lo spazio fisico, l'ingegneria della sicurezza, la sicurezza, la gestione dei rifiuti e la percezione pubblica.

Constrati spaziali e integrazione

Un reattore compatto ad allevamento rapido per uso urbano deve ridurre al minimo l'impronta dell'isola nucleare, pur mantenendo i sistemi ausiliari essenziali come la decomposizione del calore, la gestione del combustibile e lo stoccaggio dei rifiuti radioattivi. Il design moderno[] diventa una necessità: componenti come il recipiente sotterraneo, le pompe di raffreddamento primario, gli scambiatori di calore e i sistemi di controllo possono essere assemblati in moduli trasportabili

Requisiti di sicurezza e regolamentazione migliorati

Gli aeromobili di sicurezza passivi di dispiegamento di sistemi di sicurezza multi-probabilità, che richiedono un'azione radiologica di routine, ma anche di bassa probabilità, sequenze di incidenti ad alta sicurezza. I regolatori tipicamente impongono requisiti più rigorosi per le zone di pianificazione di emergenza (EPZ) intorno ai reattori urbani.

Sistema di raffreddamento

Le centrali convenzionali utilizzano grandi torri di raffreddamento a umido o un raffreddamento ad acqua costiera o a fiumi, né pratica nelle città dense. I reattori veloci di allevamento compatti per ambienti urbani devono quindi adottare torri di raffreddamento a secco o ibridi che riciclano l'acqua con perdite minime. In alternativa, il reattore può essere progettato per rifiutare il calore dei rifiuti in un sistema di riscaldamento a bassa efficienza, convertendo efficacemente il calore a bassa qualità in una merce utile.

Gestione e stoccaggio dei rifiuti

Il combustibile spegnitoso dei reattori veloci dell'allevamento contiene concentrazioni più elevate di plutonio e di azionamenti minori rispetto al reattore termico speso combustibile. Mentre questo permette il riciclaggio, il materiale richiede una gestione attenta in ambienti urbani densi. ] Lo stoccaggio a secco del caschi per il combustibile speso può essere progettato per soddisfare gli elevati standard sismici e di sicurezza, ma i vincoli di spazio possono spingere per i rifiuti intermedi consolidati di stoccaggio di riciclo ulteriormente.

Architetture reattori compatte

Piccoli reattori veloci modulari

Un altro sistema di controllo rapido del sistema di raffreddamento del singolo sistema di raffreddamento (FLT:0] PRISM (Power Reactor Innovative Small Module)) di GE Hitachi è un modulo di raffreddamento rapido raffreddato a sodio avanzato valutato a circa 311 MWe. È stato progettato per la fabbricazione di fabbrica e l'assemblaggio modulare, con un'impronta compatta che potrebbe adattarsi a un sito industriale vicino a una città.

Varianti a reattore rapido a piombo (LFR)

I reattori veloci modulari ad alta temperatura, come il russo BREST-300 e la base statunitense Westinghouse LFR, offrono caratteristiche di sicurezza migliorate per le impostazioni urbane.

Microreattori e sistemi di trasporto

Per i distretti con spazio molto limitato, i microreattori (sotto 20 MWe) basati su spettro neutronico veloce sono in fase di esplorazione. Questi potrebbero essere alloggiati all'interno di un singolo edificio o addirittura trasportati su un camion. Il eVinci microreattore a vapore[]) da Westinghouse non è un allevamento veloce ma utilizza la tecnologia di tubi di calore; tuttavia, alcuni concetti di trasmissione di calore veloce

Sicurezza passiva e funzionalità di sicurezza inerente

Gli ambienti urbani richiedono sistemi di sicurezza altamente affidabili e indipendenti dai componenti attivi. I reattori ad allevamento veloce possiedono intrinsecamente diversi meccanismi di feedback neutronici che stabilizzano il nucleo senza movimento asta di controllo. Coefficienti di temperatura negativi] di reattività assicurano che un aumento della potenza porti ad una diminuzione della reattività, naturalmente appiattimento della potenza.

La rimozione di calore di Decay per i reattori urbani compatti si basa su circolazione naturale loop. Nel design del PRISM, il RVACS utilizza solo l'aria ambiente, disegnato attraverso condotti di galleggiamento naturale, per raffreddare direttamente il recipiente del reattore.

Gestione dei rifiuti e integrazione del ciclo di combustibile

Uno degli argomenti più forti per la distribuzione di reattori veloci di allevamento nelle aree urbane è la loro capacità di ridurre il volume e la radiotossicità a lungo termine dei rifiuti nucleari.

La gestione dei rifiuti in loco per un FBR urbano può essere gestita con un piccolo [ deposito secco per nuovi elementi di combustibile e un contenitore separato schermato per il combustibile speso in attesa di trasferimento per la rielaborazione. Poiché il combustibile è progettato per cicli di irradiazione prolungati (molti anni tra il rifornimento), la quantità di materiale spostato è bassa.

Studi di casi e progetti pilota

Mentre nessun reattore di allevamento rapido commerciale attualmente opera in un ambiente urbano del centro, diversi progetti forniscono lezioni per il futuro dispiegamento:

I progetti pilota nei paesi con esperienza nel funzionamento dei reattori veloci hanno dimostrato che le caratteristiche di sicurezza passiva, minimizzato i rifiuti e le piccole impronte sono realizzabili. Urban siting richiede anche un robusto piano di risposta di emergenza che si armonizza con le infrastrutture comunali, un argomento che merita una ulteriore collaborazione tra progettisti di reattori e urbanisti.

Conclusioni

La progettazione di reattori veloci compatti per gli ambienti urbani è un obiettivo di ingegneria complesso ma realizzabile. Le capacità inerenti all’efficienza del combustibile e alla riduzione dei rifiuti dei reattori a spettro rapido si allineano bene con gli obiettivi di sostenibilità della città. Per superare i vincoli di spazio, i requisiti di sicurezza passivi e la logistica dei rifiuti, i progettisti si stanno rivolgendo alle architetture modulari, alle tecnologie di raffreddamento al piombo e ai nuclei di vita estesa.