Ağır su, kimyasal olarak dauteryum oksit (D2O), hem bir nötron moderatörü olarak hem de birincil ısı taşımasını sağlayan temel teknolojidir. Bu çift rol, fizyum yakıt esnekliği ile çalışmak için eşsiz bir yakıt esnekliği ile çalışır.Aksi su reaktörleri (LWRs) aksine, yüksek su azaltıcısı, yüksek suların üretimini gerektirir ve yakıtın saflaştırılması için doğrudan kullanılan bir motor hattının yönetimi ile bağlantılı olarak, bu iki katın tamamını destekler.
Ağır Su Moderasyonunun Fiziği
Normal ışık suyun üzerindeki temel avantajı, nötronların ortadaki nükleer özelliklerinde yatıyor.Deuteryum atomu. Hidrojen için (H-1), bu kesit yaklaşık 0.33 barn.
Nükleer bir reaktörde, nötronlardan aşırı yüksek hızlarda seyahat ettiği nötronlar (fast nötronlar) Bir zincir reaksiyonu korumak için, bu nötronların daha yavaşlamasına veya daha ılımlı hale getirilmesi, ısıtılmasına izin vermek gerekir. Bu parasier, bu görevi, nötronların çekirdekli su ile çarpıtmasına izin verir.
Bir moderatörün yavaş gücü, ısıtıcı oranı ile ölçülür, bu da ağır su reaktörünün neden doğal uranyumla çalışabilmesi gerektiğini açıklıyor: moderatör zincir reaksiyonu korumak için gerekli olan değerli nötronları çalmaz.
Reaktör-Grade D2O
Deuterium, milyon başına yaklaşık 150 parça konsantrasyonda doğal su var (0.015%) Bir moderatör ve serin bir şekilde çalışmak için, bu konsantrasyon, farklı buhar basıncı, reaksiyon oranları ve denge sabitleri kimyasal değişim reaksiyonlarında ortaya çıkarmak zorundadır.
Girdler Sulfide (GS) Süreci
Endüstriyel ağır su üretiminin iş yolları, Girdler sulfidasyonu sürecidir, ki bu Kanada'da muazzam bir ölçekle, Amerika Birleşik Devletleri, Hindistan ve başka yerlerde. (F)) Daha düşük sıcaklıklarda, deuteryum sıvı faz arasındaki ısıya bağlı dengeyi destekliyor.
Tipik bir GS bitkisinde, su bir sütunu akar, H2S gazının tükendiği bir yere doğru ilerlerken, bu tür aşamaların yaklaşık 130°C'ye kadar işletilmesi gerekir D2O. Bu ara ürün daha sonra 30°C'nin üzerinde çalışır, bu da, yüksek enerji miktarına geri dönüşerek, yüksek enerji tasarrufu sağlar.
GS sürecinin sık sık gözden geçirilmesi, çevresel ayak izidir. Büyük su akışları ve enerji gereksinimleri, yılda 1000 ton D2O üreten bir bitkinin genellikle Hindistan'daki 500-700 MWt'lık termal girdi ve milyonlarca metreküplü su işletmeye devam etmesi anlamına gelir. Modern tasarım iyileştirmeleri buhar tüketimini azaltmıştır, ancak süreç yoğun olarak kalır.
Alternatif ve Gelişen Ayrılık Teknolojileri
Bazı diğer teknolojiler, D2O'ya kıyasla biraz daha düşük buhar basıncına sahiptir.Rektörlü bir basınçla karşılaştırıldığında, her biri atmosferik baskıda çok küçük (yaklaşık 1.05) çok az sayıda aşama ve yüksek enerji girişi gerektirir.
[FONT=0]Electrol[[DÜDÜT:1], geri kalan sıvıdaki hidrojen gazı olarak tercih edilir; O-D tahvilinin yüksek sıfır noktası enerjisi nedeniyle, Norveç'te aşırı elektrik tüketimi, üretim için sık sık sık sık sık sık sık kullanılan bir miktar.
Gelişmiş yöntemler şu anda soruşturma altında yer almaktadır:0)Templikeli bir reaktör çekirdeği için gerekli olan binlerce tonluk bir miktar dahaki sefere, iki kat daha fazla mikropizal enerji ile ilgili olarak, ikiyüzlülükteki tümleştirici ölçümler ile tekrarlanabilir.
CANDU Design ve D2O arasındaki Symbiyotik İlişki
CANDU reaktörünün tasarımı temel olarak ağır suların özelliklerinden kaynaklanmaktadır. reaktör çekirdeği, katkaranlık boruları denilen büyük, düşük basınçlı tanktan oluşur ve bu da yüksek nötron ekonomisine katkıda bulunan ısıyı çıkarmak için baskı tüplerinden geçer.
Doğal Uranium Yakıt Çevrimi
Doğal uranyum zenginleştirme olmadan kullanma yeteneği, LWR sistemi için gerekli olan zenginleştirilmiş betonlardan daha basit ve daha ucuzdur. Arjantin, Romanya ve Güney Kore gibi uluslararası zenginleştirme pazarından reaktör operatörü ikiye katlanır ve karmaşık korumalar gerektirir. Doğal uranyum yakıt paketleri, LWR'ler için gerekli olan zenginleştirilmiş nükleer tasarımlardan daha iyi bir sürücü olmaya devam ediyor.
Doğal uranyum döngüsü de harcanan yakıt yönetimi için etkileri vardır. İlk zenginleştirme düşük olduğundan, harcanan yakıt, bir CANDU'dan yaklaşık% 0,5 fissile materyali içerir, LWR'den yaklaşık% 0.8-1'e kıyasla.Bu ticaret-off, zenginleştirme hizmetlerinden elde edilen yakıt miktarı daha yüksektir.
Online Refueling ve Kapasite Faktörleri
Ağır su modurasyonu, online yakıtın her kanala bağımsız olarak erişmesine izin veriyor. LWR'de tüm temel stabil bir nötron flux dağıtımı ve doğal uranyum yakıtının geri çekilmesi için baskı altında kalması gerekir, genellikle her 18-24 ay. Bir CANDU'da, yatay baskı tüpleri, reaktörün her kanala bağımsız olarak erişmesine izin veriyor. Çünkü ağır su değiştiricisi,% 85-38'i tekrarlama işlemiştirici olarak, ekstra yakıt sistemi için zorlanmış durumda.
Online yeniden yakıt da esnek güç manevrasına olanak sağlar. Bir CANDU istasyonu, sabit bir geri yakıt oranını korumak için makine talebini eşleştirmek için çıktısını ayarlayabilir.Bu yük takip yeteneği, değişken yenilenebilir enerji kaynakları ile daha değerlidir. ağır su moderatörü eylemleri, geçiciler sırasında stabilite sağlayarak ve reaktörün değişiklikleri hızla yüklemesine izin verebilir.
Site Heavy Water Management
Bir CANDU istasyonu, ağır su envanterini yönetmek için özel sistemler ve prosedürler gerektirir. D2O envanteri önemli bir sermaye varlığı temsil eder ve kaybı veya bozulma doğrudan ekonomik sonuçlar doğurmaktadır. Tipik 700 MWe CANDU 6 reaktör, yaklaşık 450 to 500 ton ağır su içerir.Mevcut yedek maliyetlerinde, yerinde envanter yüzlerce dolar değerinde değerlenebilir.
Isotopik yarıklık
Çeşitli kaynaklardan ışık suyuna inme - buhar jeneratörü sızıntıları dahil, havadan gelen nem ve makyaj suyu ekleri - D2O konsantrasyonunu zamanla azaltacaktır.Sudaki küçük bir düşüş bile, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte olan D2O'yu azaltın.
Geliş süreci ayrıca, atomik boşlukları da ortadan kaldırır, bu nedenle, çözülmemiş gazlar, korozyon ürünleri ve organik bileşikler gibi.Bu kirleticiler, ağır suyun pHını etkileyebilir, radyoaliz ayrışma oranlarına müdahale eder veya yükseltilebilir. Yükselticiler bu nedenle, sualtı ve kimyasal arıtma sistemi, sık sık sık sık sık sık sık sık değiştirilebilir ve gazlar, iyon-exchange sütunları ve degassiyonlar.
Tritium Control and Regulation
Ağır su operasyonları ile ilişkili en önemli radyolojik endişe, tritium (H-3) üretimidir ve bu da yüksek spesifik aktivite seviyelerine ulaşabilir. Tritium 12.3 yıl boyunca yarı-yaşam ile yayılır.
CANDU istasyonları, mühendislik kontrollerinin ve aktif geri yüklemenin bir kombinasyonunu kullanarak tritium Yoklama Olanakları (TRFs)), katalitik değişim ve kriyojenik distillasyonların bir kombinasyonunu kullanarak, dünyanın en büyük su akışının bir kombinasyonunu kullanır ve genellikle metal hipnoz alanlarının altında depolanır ve kendi kendini aydınlatma ve tıbbi izler gibi ticari uygulamalar için satılan ticari uygulamalar için kullanılabilir.
CANDU moderatörü sistemlerindeki tritium konsantrasyonu, uzun süre ameliyattan sonra 10 istasyondan daha fazla tedaviye ulaşabilir.Bu sadece düşük personel dozlarını mümkün olduğunca düşük tutmak için, Darlington'daki TRF, 1980'lerden bu yana tritium dışı laboratuarları geri alıyor, tritium kullanımı ve izotoplamaları ile karşılaştırıldığında 10 kat daha fazla bir faktöre ulaşabiliyor.
Leak Tespit ve Ekonomik Kurtarma
D2O'nun yüksek maliyetine göre, sızıntı tespiti sürekli bir operasyonel görevdir. CANDU istasyonları, büyük bir nokta sensörleri, tritium-in-air monitörleri ve nem dedektörleri bile eksiltmelerini tanımlamak için kullanılır. Ağır su sızıntıları tasarım-basit olayları ve "görünmez" olarak kategorize edilir ve ekonomik kayıpların birincil serinlemesine izin verebilir.
Yüksek sızıntı yönetimi için finansal teşvik önemlidir. Yılda 300 $ / kg'da yılda sadece 1 ton kaybı oranı, yıllık 300 $ 'lık bir maliyetle elde edilir. 30 yıllık bir işletim ömrü boyunca, kayıp envanterin 9 milyon dolar. Modern CANDU istasyonları yılda 0,5 ton tasarruf edilemez kayıplar için, agresif sızıntı tespit programları ile elde edilen kapak tasarımları ve buhar kurtarma sistemleri ile elde edilen ağır su, yüksek miktardaki yüksek miktardaki yüksek miktardaki yüksek miktardaki yüksek miktardaki artışları azaltılabilir.
Global Supply Chain ve Ekonomik Etki
Küresel ağır su tedarik zinciri nispeten olgun ve konsolide edilmiştir. Yeni bir CANDU için ilk envanter genellikle, Kanada Sınırlı Atom Enerjisi (AECL) tarafından yönetilen bir ulusal stoklama düzenlemesine sahip olmak için bir kiralama düzenlemesi altında sağlanır.
Mevcut filo için, taze ağır su talep öncelikle kayıplar için ve yeni inşalar için gerekli olan gereksinimleri yerine getiriyor. Hindistan, kendi GS bitkilerini kendi finanse etmek için kendi başına yetersiz su kaynaklarını elde etmek için harcıyor. Arjantin, daha eski CANDU birimlerinin sonuna kadar, Embalse ve Atucha istasyonlarının sağladığı ağır su kaynaklarına ulaşabiliyor.
Ağır su maliyeti on yıllar boyunca dalgalanmaya başladı. 1970'lerde GS bitkilerin inşa edildiği zaman, fiyat genellikle yılda 100 /kg idi. Bruce bitkisinin kapatılması ve Kanada üretiminin sonu, fiyatlar 500-tonluk bir satışa yükseldikten sonra, yıllık kira ücretin yüzde 5–7'si genellikle yılda bir 500 dolar değerindeki bir maliyetle yapılır.
Future Trajectories: Production, Novel Reaktörleri ve Gelişmiş Yakıt Lisansları
Önümüzdeki gibi, nükleer enerjideki ağır suyun rolü, geleneksel CANDU 6 filosunun ötesine geçme olasılığı yüksektir. Mevcut envanter, on yıllardır mevcut işletim filosunu desteklemek için yeterlidir. Ancak, ortaya çıkan reaktör konseptleri ve gelişmiş yakıt döngüleri ağır su veya deuterium kendisi için yeni talep sürebilir.
Gelişmiş Üretim Teknolojisi Teknolojisi Teknolojisi Teknolojisi
GS süreci olgun olsa da, yüksek sermaye ve işletme maliyetleri daha verimli yöntemlere ilgi gösterdi. Kombine elektroliz ve Catalytic Exchange (CECE) süreci, düşük enerji tüketimi ve yüksek tek aşamalı ayırma sistemleri için potansiyeline sahip olan potansiyelleri sunan umut verici bir ayırma tekniğidir. CECE prosesi, hidrojen elektrolit ile entegre eder[0) Bu tür sistemler için en verimli su tasarrufu sağlar[değiştir | kaynağı değiştirilen)
Başka bir umut verici avenue, GS sürecini sürmek için jeotermal veya atık ısının kullanımıdır, bu da karbon ayak izinini önemli ölçüde azaltabilecektir. Sıcaklık pompalarının ve gelişmiş ısı değiştiricilerinin entegrasyonu da genel enerji verimliliğini artırabilir. Ancak, bu teknolojilerin hiçbiri henüz ticari ölçekde kullanılmamıştır ve GS süreci önümüzdeki on yıl boyunca bir sonraki on yıl için bir karşılaştırma olarak kalacaktır.
Gelişmiş Yakıt Döngüsü
Ağır su reaktörlerinin mükemmel nötron ekonomisi, gelişmiş yakıtların yakılması için ideal platformlar yapar. Bu karışık-köksüz (MOX) yakıt çevrimi için gerekli olan yüksek enerjili su reaktörünün temizlenmesinden dolayı eşsiz bir şekilde uygun olur. Thorium, online reyatlama sisteminin esnekliği, reaktivite ve floreksiyonun kesin yönetimine izin verir ve bu karışık-küresel yakıt döngüsünde yapılan yüksek yakıt çevrimleri ile hassas bir şekilde yapılır.
LWR'den küçük hareketleri yakmak için ağır su reaktörlerinin kullanımı, yakıt kullanımı ve muhtemelen soğuk kimya için daha sağlam bir temel sağlar, ancak mevcut ağır su altyapısı, uzun vadeli nükleer atıkların azaltılması için cep reaktörlerini cazip hale getirme yeteneğidir.
Küçük modüler reaktörler (SMRs) ve Fusion
SMR'lerde ağır su kullanımı, daha küçük bir ölçekde aynı yakıt esnekliği ve prodüktör avantajları sağlayabilir. Örneğin, Kanada Nükleer Laboratuvarlar'ın mevcut ağır su uzmanlığını referans moderatörü veya serin bir şekilde yerine getirmesi için ağır su tasarrufu sağlar.
Ağır su tedarik zinciri, füzyon ticari hale gelirse da değişiklikler görebilir. 1 GWe füzyon tesisi D-T yakıtı kullanan bir füzyon reaktörü yılda 50 kg tritium tüketebilir, bu da lityum reaktörlerden veya hızlandırıcılardan üretilmelidir.Bu, CANDU reaktörleri (teknoyak) ve füzyon reaktörleri için bir füzyon envanteri oluşturmak için bir simbiyotik ilişki yaratabilir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Ağır su operatörleri, doğal uranyum kullanımı, küresel nükleer endüstride nadir olan enerji santralinin endüstriyel üretimi ve bu tesislerin verimli bir şekilde optimize edilmesi için kullanılan merkezi nükleer özellikleri ile ilgili olarak, mevcut olan yüksek enerji tesislerinin verimli bir şekilde optimize edilmesi için kullanılan yüksek enerji birimlerinin kullanılmasının sağlanmasıdır.