핵 연료 주기를 닫는 빠른 Pwr Reactors의 잠재력

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빠른 PWR Reactors를 이해하십시오

오늘날의 기존 핵 원자로 - primarily light-water reactors (LWRs) - 우라늄 - 235의 fission을 지속하기 위해 모더레이터로 낮추는 열 neutrons (수량과 같은 모더레이터로 낮추는)를 사용합니다. 대조적으로, 중력과 작동하여 훨씬 더 높은 골격 에너지를 유지하고 있습니다. 이 neutron 에너지 스펙트럼의 변화는 원자로 코어의 물리를 극적으로 바꾸고 있습니다.

빠른 PWR 반응기 (아연한 항원을 사용하는 빠른 반응기에 때때로 사용되지만 더 정확하게 그들은 다양한 냉각제와 빠른 반응기입니다)는 "번"을 정상 반응기 가동 도중 생성된 plutonium-239 및 다른 transuranic 성분을 포함하여 치마니 ISOTOPES의 광범위를, 가열하는 가장 넓은 범위 할 수 있습니다. 이 기능은 짧은 또는 안정되어 있는 동요로 긴 살아 있는 방사성 낭비를 개조하는 열쇠입니다.

빠른 반응기의 핵심 디자인은 더 콤팩트, 더 높은 농도의 피사일 물자 사용. 냉각액의 액체 나트륨, 지도, 또는 납 bimuth eutectic-must 능률적인 이동 열을 모세하는 neutrons 없이. 이 디자인은 또한 전기 발생에 있는 열 효율성을 개량할 수 있는 더 높은 작용 온도를 가능하게 합니다. ¹ ] ]

핵 연료 사이클을 닫는 개념

현재 "열려"핵 연료 사이클에서 우라늄 연료는 원자로에서 한 번 사용되며, 보류 연료는 폐로 무한하게 저장됩니다. 이 접근법은 원래 우라늄의 에너지 잠재력의 약 1-2%를 회복합니다. 연료 사이클을 닫으면 재처리를 통해 보류 연료에서 재사용 가능한 물질을 분리하고 반응기로 다시 유도합니다.

뱀 핵 연료는 약 95 % 우라늄 (대부분 우라늄-238), 1 % plutonium 및 4 %의 fission 제품 및 미성년자 actinides로 구성됩니다. 닫히는 사이클에서 우라늄과 plutonium은 새로운 연료 요소로 회수되고 제작됩니다. 대부분의 불행히도 plutonium은 "전환"을 할 수있는 빠른 원자로 연료로 사용될 수 있으며 가장 무소성하고 긴 수명주기의 핵은 절반으로 배출됩니다.

연료 주기를 닫는 Proponents는 지질 처리가 필요한 폐기물의 양과 독성을 극적으로 감소시킬 것입니다. 나머지 폐기물은, 1 차적으로 fission 제품, 수천의 10 이상 백 년 동안 배경 수준에 감퇴하는 방사성능이 있습니다. ²] ]

빠른 PWR 반응기의 이점

효능 연료 사용: 빠른 반응기는 우라늄 238- 풍부한 isotope를 사용하여 자연 우라늄의 99 % 이상으로 변환하여 neutron 캡처를 통해 plutonium-239로 변환하여 60-100의 요인으로 mined uranium에서 에너지 수확량을 효과적으로 곱합니다. 이것은 수세기 동안 글로벌 우라늄 자원 확장.
Waste 감소: transuranic 요소를 태우면, 빠른 반응기는 폐기물의 장기 방사성을 감소시킵니다. 연구는 재처리와 결합된 빠른 반응기의 함대가 한 번에 걸쳐 사이클에 비해 90% 이상으로 높은 수준의 폐기물량을 줄일 수 있다는 것을 제안합니다.
제품 저항:초처리 또는 UREX+ 제품군과 같은 고급 처리 방법, 순수 플루토늄 분리를 방지하기 위해 설계 될 수 있습니다, 대신 무기 사용에 더 적은 매력적인 혼합물을 만드는 미성년자 합성 plutonium을 공동 발견. 이것은 기존 PUREX 재처리와 비교하여 유감 저항을 향상시킵니다.
Resource Sustainability: 번식 기능(소모되는 것보다 더 많은 피사일 재료를 생산), 빠른 반응기는 수십 년 동안 새로운 우라늄 광산이 요구되지 않는 자체 유지 연료 사이클을 가능하게 할 수 있습니다.
처리된 처리 부담: 닫기 사이클에서 최종 폐기물 흐름은 주로 몇 백 년 이내에 감퇴하는 피션 제품을 포함하고 있습니다. 이 설계를 단순화하고 지질적 저장소에 필요한 기관적 관점을 줄일 수 있습니다.

빠른 PWR 배포를 직면하는 도전

기술 및 엔지니어링 Hurdles

이 반응기는 반응기와 빠른 neutrons는 유일한 물자 도전을 선물합니다. 높은 neutron 유출은 구조상 합금에 있는 팽윤, embrittlement 및 주름을 일으킬 수 있습니다. 열 이동에서 우수한 나트륨 냉각제는, 공기와 물에 화학적으로 민감하고, 누출과 불을 방지하기 위하여 복잡한 안전 체계를 요구하는. 지도 냉각된 디자인은 이 반응성 그러나 부식과 더 높은 융해점과 가진 얼굴 문제점을 시작과 폐쇄 가동을 complicate.

빠른 반응기 연료를 위한 처리 기술은 기존 LWR 연료보다 더 까다로워집니다. 작은 actinides에서 높은 방사선 수준은 크게 차폐된 뜨거운 세포 및 원격 처리 장비를 necessitate합니다. Pyroprocessing-an 전기화학 기술 개발 하에서 molten 소금을 사용하여 개발 및 파일럿 스케일에서만 입증되었습니다.

경제력

빠른 원자로는 더 복잡한 시스템, 소설 자료 및 현장 연료 제조 및 재처리 시설에 대한 필요성 때문에 LWR보다 높은 자본 비용이 있습니다. 우라늄 가격 상승이 크게 상승하거나 폐기물 처리 절감의 가치가 내부화 될 때 경제는 유리합니다. 현재 낮은 우라늄 가격과 많은 시장에서 저렴한 천연 가스의 가용성은 앞선 투자를 거두기 어렵게 만듭니다.

그러나, 빠른 반응기를 배치하는 생명 주기 분석은 궁극적으로 연료 자원을 확장하여 필요한 지질 저장소의 수를 감소시켜 총 시스템 비용을 낮출 수 있음을 보여줍니다. 일부 국가 - 프랑스, 일본, 러시아, 인도 - 러시아는 2016 년부터 상업적으로 운영되는 러시아 BN-800 원자로 프로그램에서 크게 투자했습니다.

규제 및 정치 요인

의 빠른 반응기는 매우 강력한 작동 역사와 새로운 디자인을 포함하기 때문에 느린 과정입니다. 규제는 나트륨 또는 납 냉각제 시스템에 고유 한 사고 시나리오의 넓은 범위에서 안전의 데모를 요구합니다. 공공 합격은 또한 hurdle, 특히 재처리 및 고 방사성 물질의 수송에 대해 유지됩니다.

국제 협력 및 설계 코드의 표준화는 승인을 가속화 할 수 있습니다. 국제 원자 에너지기구 (IAEA)는 빠른 원자로 안전을 위해 지침을 개발했지만 국가 차이는 지속됩니다.

미래 전망과 Ongoing 연구

글로벌 프로그램 및 데모

러시아는 BN-600 및 BN-800 (대변 냉각)과 함께 빠르게 반응기 기술을 개발하고 Siberian Chemical Combine에서 BREST-300 (연속 냉각)을 건설하고 있습니다. 인도는 FBTR을 운영하며 500 MWe 프로토 타입 빠른 증식 반응기를 구축하고 있습니다. 중국의 CEFR은 작동 중이며 프랑스는 Phénix 및 Superphénix 반응기를 사용하여 오랜 경험을 가지고 있습니다.

일본 Monju는 2016년에 영구적으로 폐쇄되었지만, 연구는 JAEA에서 계속됩니다. 현재 빠른 반응기를 운영하지 않고 Versatile Test Reactor (VTR) 프로젝트를 자금을 연료 및 재료 테스트에 대한 빠른 neutron irradiation 기능을 제공하기 위해 미국은 여전히 자금을 지원했습니다.

연료 및 재처리에 대한 혁신

금속 합금, 질화물 연료 및 고밀도 산화물 연료와 같은 고급 연료 - 성능, 안전 마진 및 번화에 대한 조사에서 실시합니다. 파티션 및 전과 (P & T) 연구는 고효율과 분리되는 미성년자 역할을 개발하는 프로세스를 개발하고, 빠른 원자로 연료로 통합합니다.

벨기에의 MYRRHA 프로젝트 (다목적 하이브리드 연구 원자로) 및 유럽의 ALLEGRO 프로젝트는 대표자 조건 하에서 재료와 연료를 테스트 할 차세대 빠른 스펙트럼 시설의 예입니다.

Renewable Energy와 통합

빠른 반응기는 일반적으로 기본 로드 작동을 위해 설계되지만 일부 개념은 부하를 따르는 기능 또는 열 에너지 저장을 통합하여 가변 재생성을 보완합니다. 태양과 바람 투미료가 태양과 풍력 발전이 가능한 미래 에너지 시스템은 기존 원자로에서 핵 폐기물을 관리하면서 안정적이고, 파견 가능한 전력을 제공 할 수 있습니다.

소형 모듈식 빠른 Reactors를 위한 잠재적인

여러 시작 및 연구 조직은 10-300 MWe의 출력으로 작은 모듈식 빠른 원자로 (SMFRs)를 탐구하고 있습니다. 이들은 공장 제작, 사이트 건설 비용을 줄이고 원격 영역 또는 특수 응용 프로그램에 배포 할 수 있습니다 (예 : 수소 생산 공정 열). 예에는 Oklo Aurora (열관과 빠른 원자로) 및 Westinghouse LFR (무냉식)가 포함됩니다.