Hızlı Breeder Reaktörler
Hızlı yetiştirici reaktörler olgun ama sürekli olarak gelişen bir nükleer fission teknolojisi sınıfı, tüketilmesinden daha fazla fissile yakıt üretiyor. Bir nötron moderatörüne güvenen geleneksel termal reaktörlerden farklı olarak, hızlı yetiştirici reaktörler yüksek enerji ile çalışır (hızlı) nötronlar.Bu tasarım, 50 ila 100 arasında verimli bir şekilde verimli bir şekilde yakıt tedarik eder - bir sonraki atık verimliliğine ilişkin olarak, daha yüksek enerji verimliliği azaltımı sağlar.
Fransa Phénix ve Superphénix gibi prototipler de dahil olmak üzere hızlı yetiştirici reaktör filosu ve Japonya'nın Monju, sadece bitki yetiştirmenin temel fiziklerini gösterdi, ancak aynı zamanda nükleer yakıt döngüsünü ve minimüreyi kapatmanın pratik bir yolu da ortaya çıkardı.
Hızlı Breederor Fiziğinin Temel İlkeleri
Bir sonraki nesil hızlı yetiştirici reaktörlerde tasarım yenilikleri takdir etmek için, onları destekleyen nükleer fiziği tekrarlamak önemlidir. Hızlı bir reaktörde, nötron enerji spektrumu su, grafik veya ağır su tarafından sağlanan modrasyon olmadan yaklaşık 100 keV'nin üzerinde tutulur.
- [FONT:0) Yüksek nötron fazla[DÜT:1]: Hızlı bir reaktörde her fissile materyali üretmek için yaklaşık 2.4 ila 2,2 nötron yayınlar.
- [FONT:0]Efficient actinide yanma : Hızlı nötronlar küçük hareketlerin (neptunium, americium, curium) ve hatta daha yüksek plutonyum, uzun süreli nükleer yakıtların büyük bir kısmını hesaba katarak daha etkilidir.
[FONT=0]))) Yerinden alınan oran ([Dönetici)[0))[0))))))))))) Yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan yeni fissile atomların sayısı 1.3'ten fazla, gelişmiş yakıt kompozisyonları ve parasitik nötron absorpsiyonları ile% 1'den daha fazla yakıt üretiyor.
Sonraki Nesile Daha Hızlı Breeder Reaktörler
Modern hızlı yetiştirici reaktör tasarımları, daha önceki prototiplerin eksikliklerini ele alan bir teknolojik ilerleme paketi içerir. Bu yenilikler soğuk sistemler, temel düzen, yakıt malzemeleri, yapısal alaşımlar ve araçlama.
Gelişmiş Coolant Systems
Çünkü hızlı reaktörler serin bir şekilde su kullanamazlar (su yavaşlar nötronlar), sıvı metallere güveniyorlar. sodyum, erken günlerinden beri hızlı yetiştirici gelişimin serinleştirilmesi, düşük vizasyon ve yüksek kaynarlık noktası (883 °C).
- [FONT:0)Liquid sodyum gelişmiş saflaştırma ile[DÜT:1): Soğuk tuzak ve elektrokimyasal arıtma oksijen ve korozyon ürünlerini ortadan kaldırır, bileşen ömürlerini uzatır. Yeni oksit-dispersiyon-sorunlu çelikler 550 °C'ye kadar sıcaklıklarla uyumluluk gösterir.
- [FONT:0)Lead veya JDIC eutectic (LBE) serinants): Lead ve LBE, su ile kimyasal olarak inert, sodyum yangınlarının riskini ortadan kaldırırlar. Ayrıca yüksek kaynarsiyon noktaları sunar ( 1600 °C) ve gelişmiş nötron ekonomisi.
- [FONT:0)Gas soğutma (helium))[Uygunluk: Bazı gelişmiş hızlı nötron sistemleri, gaz soğutmalı hızlı reaktör (GFR) gibi, helium'u 850 °C'ye kadar ısıtın.
Yenilikçi Core Design
Sonraki nesil reaktör çekirdeği, kompakt, modüler ve “burner” veya “breeder” optimize edilmiş yapılara doğru büyük, monolithic konfigürasyonlardan uzaklaşıyor.
- [FONT:0)Modular temel geometri[[Dönetici: Küçük çekirdekli çaplar, nötron sızıntısını azaltır, üreme oranlarını geliştirir. Bazı tasarımları, yakıt ve battaniye meclislerinin "kahraman" ayarını ve sıcak noktaları düzlemek için bir araya getirir.
- [FONT:0]Axial ve radial battaniyeler : Temel yakalama sızıntısı nötronları etrafında yerleştirilen ve fissile materyaline dönüştürmek. Gelişmiş temel simülasyonlar battaniyelerin optimal olarak yerleştirilmesine ve yeniden işlemesine izin verir.
- [FONT:0) Metal yakıt[[DÜT 1: 1): Komplike oksit (MOX) yakıtı tarihsel standart, metal yakıtlar (U-Pu-Zr alaşımları) üstün termal iletkenlik, yüksek ağır metal yoğunluğu ve daha iyi uyumluluk sağlar.
- [FONT=0)Inert matrix yakıtlar): Rejimler öncelikle küçük fiilleri yakmak için tasarlanmıştır, inert matrix yakıtları (örneğin, MgO, ZrO2 veya SiC gibi uranyumsuz matriks) mevcut transuranic envanteri verimli bir şekilde tüketmek için daha fazla plutonyum üretimi azaltır.
Gelişmiş Yapısal Malzeme Malzemeleri
Core internal components, cladding ve hızlı yetiştirici reaktörlerde serin borular yoğun hızlı-neutron flux (düşünce 1015 n / cm2·s) ve yüksek sıcaklıklar. Swelling, ürperticiler çalışıyor ve ambrittlementi yaşam boyu süren reaktörler:
- [0]Ferritic-martensitic çelikler (örneğin, T91, HT9) ): Bu, radyasyona maruz kalan şişmeye karşı mükemmel bir direniş sunar.
- [FONT:0)Oxide Dağıtımı Güçlendi (ODS) alaşımları[DÜT:1): ODS ferritik çelikler, nano ölçekli yttria parçacıkları ile, yüksek güç ve 700 °C'ye kadar direnç sağlar, daha uzun yakıt yakma döngüleri sağlar.
- [FONT:0]Silicon lik (SiC) kompozitler[DÜT:1): Seramik matrix kompozitler düşük nötron absorpsiyonları, yüksek sıcaklık kapasitesi ve doğal kaza toleransları nedeniyle cladding uygulamaları için soruşturma altındadır.
Güvenlik Geliştirmeleri
Güvenlik herhangi bir nükleer reaktör için aşırı tasarım hedefidir, ancak hızlı yetiştirici reaktörler, pozitif boşluk reaktivite katları (bazı sodyum soğutmalı tasarımları) ve serinleştirici kimyasal reaktivite gibi eşsiz zorluklar sunar.
Pasif Shutdown Systems
Modern tasarımlar, örneğin, eksiltmelere dayanan mekanikleri genişletmiştir. [FONTD:0]gas genişleme modülleri) temel sıcaklığın kalıcı mıknatıslarda ısıtıldığı zaman, elektriksel basınç damlaları artırdığı zaman genişletilir.
Doğal Sörfülasyon Soğutma Soğutma
Sonraki nesil hızlı yetiştirici reaktörler, birincil serin devredeki ısıyı kaldırmak için tasarlanmıştır, aktif pompalar ve acil dizel jeneratörler için gerekli olan ihtiyacı ortadan kaldırır.Bu nedenle, herhangi bir hareketli parçalar olmadan temel montaj için 2 MW'a kadar sürebilir.
Konfor ve Güven
Gelişmiş kaynak stratejileri, herhangi bir sodyum veya kurşun sızıntıları yakalamak için çift duvar koruyucu gemiler içerir ve yanmayı önlemek için ikincil olarak yer alan binalar içerir. Bazı tasarımları tüm birincil serin döngüyü tek bir reaktör gemisine entegre eder, büyük ölçekli boruları ortadan kaldırır.
Çevresel Etki ve Atık Azaltımı
Bir sonraki nesil hızlı yetiştirici reaktörler için en çekici argümanlardan biri, uzun süreli eylemdeki yakıt döngüsünü dramatik bir şekilde azaltabilme yeteneğidir.
Actinide Yan ve Transmutasyon
Yüksek enerjili nötron spektrumu hızlı yetiştirici reaktörler-cezaletler küçük hareketçiler (Np, Am, Cm) ve hatta bazı fission ürünler. Tamamen kapalı bir döngüde, bu elementler, geologic havuzlara kadar sürekli geri dönüştürülür.Dörtüldüler (Np, Am, Cm) Son atıkların ) ve hatta 200-300 yıl içinde doğal uranyum veya daha hızlı bir şekilde azaltılır.
Yakıt Utilizasyon Verimliliği
Uranium'u (99% 99,3'ü) ya da başka türlü boş yere atılacak olan (yüzde 9,0) fissile plutonium'a dönüştürmekle, hızlı yetiştirici reaktörler, on binlerce yıldan uzun bir süre boyunca yakıt kaynaklarına 60 ila 100 kat daha fazla enerji harcayabilir.
Mücadele Deployment
Teknik olgunluğa rağmen, bir sonraki nesil hızlı yetiştirici reaktörler henüz geniş ticari dağıtım elde etmediler. Birkaç kalıcı zorluk üstesinden gelmelidir:
- [FONT:0) Yüksek sermaye maliyetleri[DÜDÜT:1): egzotik malzemelere ihtiyaç var, sodyum el yapımı altyapı ve yakıt işleme tesisleri inşaat maliyetlerinin üzerinde önemli ölçüde ışık su reaktörlerinin üzerinde tutuyor. Örneğin, BN-800 reaktörü Rusya'da tahmini $ 15 milyar dolara mal oldu.
- [FONT:0]Koolantaj kompleksleri [Döntgen: 1): sodyumun kimyasal reaktivite özel eğitim ve ek güvenlik sistemleri gerektirir. Lead-bismuth coolants radyoaktif balnium-210, bu da riskleri ele alır.
- [FONT:0]Fuel yeniden işleme ve proliferasyon kaygıları[Dönetici: Kapalı yakıt çevrimleri, plutonyum ve küçük eylem birimlerini ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı bir şekilde işleme gerektirir.The Karma Oksit Yakıt Kumaşı [Dörtülebilir MOX üretimi, yeniden işleme teknolojisi yayılmazlığı endişeleri ortaya çıkarır.][Dönetici:2]Uluslararası Atom Enerji Ajansının Hızlı Rektör Bilgi Koruma Girişimi[Döneticileri geliştirme yaklaşımlarını geliştirmek için çalışır.
- [FONT:0)Maliye yüksek floritenin altında düşüş[DÜT:1): Bir sonraki nesil çelikler ve ODS alaşımları bile sonunda radyasyon hasarına maruz kalıyor.Gerekli hızlı bir fikre sahip reaktör çekirdeği 5 ×1023 n/cm2'yi aşabilir ve yakıt toplantılarının periyodik değiştirilmesini gerektirir.
Global Programlar ve Şeytanlık Projeleri
Çeşitli ülkeler aktif hızlı yetiştirici reaktör araştırma programları, hem deneysel hem de inşaat altında çalışan reaktörler ile devam ediyor.
- [FONT:0] Rusya[DDDDDDDD:0) ticari ölçekli BN-600 (Niye kadar 1980) ve BN-800 (since 2015) Beloyarsk'ta sodyum soğutmalı reaktörler. BN-1200M tasarımı gelişmiş pasif güvenlik ve geliştirilmiş metal yakıt ile geliştirilmektedir.
- [FONT:0]India[DÜDÜT:1), Kalpakkam'da kritikliğe yakın 500 MW Prototip Hızlı Breeder Reaktör (PFBR) ile, büyük tonyum rezervlerini kullanmak için kapsamlı bir hızlı yetiştiricilik programına sahiptir.
- [FONT:0] Çin 20 MW CEFR'yi işletiyor ve daha büyük CFR-600 sodyum soğutmalı gösteri reaktörü inşa ediyor. Çin'in programı, 2035 yılına kadar ticari hızlı reaktörler için yakıt işlemesini ve hedef alıyor.
- [FONT:0) Avrupa [FONTD:2] )Generation IV International Forum (GIF) [Dönemli hızlı reaktör (LFR) ve gaz soğutmalı hızlı reaktör (GFR) sistemleri ile ilgili araştırmayı koordine eden 600 MWSTR) için ayrıntılı tasarım belgeleri geliştirdi.
Ekonomik ve Yakıt Döngüsü Entegrasyon
Bir sonraki nesil hızlı yetiştirici reaktörler ekonomik olarak uygulanabilir, yakıt üretimi, yeniden işleme ve atık yönetimi içeren bir sisteme entegre edilmelidir.Ücretsiz tasarımlardan inşa edilen ve yüksek çözünürlükte bulunan bir elektrik maliyeti (LCOE)) [Hızlı bir şekilde, yeni ışık-suman reaktörlerinden, özellikle de atık ve enerji tasarrufu için tasarruf için muhasebeden tasarruf edilen tasarruf için yüksek oranda daha düşük maliyetlidir.
Hızlı bir cins reaktör 150 GWd /tHM (gigawatt-günümüz ağır metallerin tonları için) ve 1.2'nin üretim oranına sahip olursa, yeniden işleme maliyeti büyük nükleer filolar ve yeniden işleme altyapısının (örneğin, Fransa, Japonya) değeri ile dengelenebilir.
Future Outlook ve Araştırma Yolu
Sonraki nesil hızlı yetiştirici reaktörler tek bir teknoloji değil, ancak tasarımların bir ailesi -sodium-cooled, liderlik-soperasyon, gaz soğutmalı - benzersiz avantajlarla ilgili. Yakın gelecekteki küçük modüler tasarımlar, 50-300 MFR'ler arasında fayda sağlıyor.
2030-2050 için anahtar araştırma iter:
- [FONT:0] Özerk bir operasyon[Dönetici izleme ve tahmin edici bakım için yapay zeka kullanıyor.
- [FONT:0)Eksitif üretim[[Dönetici:0) karmaşık temel bileşenleri (örneğin, ısı değiştiricileri, ızgaralar) maliyet ve zaman liderlik etmek için.
- [FONT:0) İleri yakıt döngüleri[[Döneticileri 1 ), tek bir reaktörde yanmış küçük bir eylemle birlikte toyum yetiştiriciliği birleştirir.
- [FONT:0)Socio-teknik korumalar [Dönetici: 1) Blok zincirle bütünleşmek ve sürekli envanter doğrulaması için tahrip edici olmayan.
Dünya iklim değişikliği ile karşı karşıya kaldığı ve karbonatize temel yük gücü arıyor, sonraki nesil hızlı üreme reaktörleri, enerji güvenliğinin eşsiz bir kombinasyonunu sunar, atık minimizasyon ve uzun vadeli sürdürülebilirliği sağlarken, bu makinelerin elde edebileceği sınırlarına dikkat edin.