Hızlı Breeder Reaktör Teknolojisinin Tarihi ve Gelişimi Dünya çapında

Hızlı yetiştirici reaktörler (FBRs) en hırslı ve teknik olarak nükleer enerji teknolojisinin en karmaşık alanlarından birini temsil eder.Bu, fissileyum-235'i tüketerek, plutonyum ve küçük eylemlerden geri çekilmek için, FBR'nin %99'unu kullanarak, en kısa sürede elde edilen enerji verimliliğine sahip olan 50'lik bir enerji santralini en kısa sürede başarıyla tamamlamak için tasarlanmıştır.

Hızlı Breederor Teknolojisi

Bilimsel Vakıflar: Breeding ve Hızlı Neutron Spectrum

Fissile materyali yetiştirmenin teorik temeli, 1940'ların başlarında, ilk nükleer zincir reaksiyonu elde edildikten sonra bile, uranyum-235, iki beta çürük ile zincir reaksiyonu devam edebilirken, hızlı nötronlar – bir nötron spektrumu ile çalışan enerjiler – bu da fision plutonyum-239 ve daha da önemlisi, plutonyum-239 oranındaki hıza kadar yüksek bir hıza sahip olabilir.

Yeni Meksika'daki Los Alamos Bilimsel Laboratuarı Clementine'de, plutonyum yakıtını kullanan küçük bir paracury-cooled hızlı reaktöre sahip olmasına rağmen, Clementine'in özellikle hızlı nötronların özelliklerini incelemek için bir araştırma aracıydı ve plutonyumun incelenmedeki davranışıyla ilgili olarak elde edildi.

Amerika Birleşik Devletleri ve Sovyetler Birliği'nde Erken Deneysel FBRs

Soğuk Savaş hem motivasyon hem de hızlı reaktör araştırmalarını finanse etti. Amerika Birleşik Devletleri'nde Atom Enerji Komisyonu (AEC) Argonne Ulusal Laboratuvarı'nda 4 200-watt ışık aktı, EBR-I, Aralık 20'de tarihi bir dönüm noktası yaptı: En yüksek enerjiden elde edilen yüksek enerjiden elde edilen yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek oranda arttı.

Sovyetler Birliği, 1955 yılında BR-1 hızlı reaktörü, Obninsk. BR-1'deki Fizik ve Güç Mühendisliği Enstitüsü'nde operasyona başladı, ancak daha sonra BR-5 (1958) tarafından hızla takip edildi ve daha sonra, 1950'lerin sonlarında yapılan bu hızlı reaktör fiziği, sodyum soğutucu teknoloji ve yakıt üretimine sahip Sovyet mühendislerini de gösterdi.

1960'larda ve 1970'lerde Global Development Programları

1960'lar ve 1970'ler Amerika Birleşik Devletleri'ndeki hükümetler, Sovyetler Birliği, Fransa, Birleşik Krallık, Japonya ve diğer birçok ülke, 1973'te faaliyet gösteren birkaç petrol şoku ile çok daha büyük bir hızla reaktör inşa etmek için önemli kaynaklarla büyüdü.

Fransa: Phénix ve Superphénix

Fransa, son derece kararlı bir şekilde hızla yaygın bir şekilde üretime devam etti, sınırlı yerli uranyum kaynakları ve nükleer güçle enerji bağımsızlığını en üst düzeye çıkarmak için stratejik bir karar verdi. Rapsodie reaktörü, 1967'de Cadarache araştırma merkezinde operasyon başlattı.

Fransa daha sonra daha büyük bir prototipe taşındı, FBR teknolojisi ve birkaç yıldır elektrik üretmek için tasarlanmıştır, en iyi yıl boyunca% 55'lik bir kapasite faktörü elde etmek - 1973'te ameliyata başlayan hafif su reaktörü standartları ile ancak hızlı bir reaktör için saygı duyulan Phénix, aynı zamanda bilgisayar destekli bir test yatağı olarak hizmet etti.

Phénix'in başarısıyla birlikte Fransa, daha hırslı bir projeye başladı: Superphénix, sodyum sızıntıları, buhar jeneratörü başarısızlıkları ve türbini sorunları dahil eden hızlı bir reaktöre sahip oldu. İnşaat 1976 yılında, ve 1985'te ilk kritik bir şekilde yapılan reaktöre kadar ilk kritik bir şekilde başladı.

Sovyet Birliği ve Rusya: BN Serisi

Sovyetler Birliği, 1973'te faaliyete geçen 350 MW termal hızlı reaktör aldı: O, Shevchenko'da BN-350 reaktörü kurdu ve aynı zamanda Aktau, Kazakistan'da, Sarapian Sea. BN-350, 1973'te faaliyete geçen 350 MW termal hızlı bir reaktör oldu.

Sovyet Birliği, Rusya'daki Beloyarsk Nükleer Güç Santrali'nde BN-600 reaktörü inşa etti ve bugün hizmete giren 600 MWe elektriksel bir yakıt deposunda %17 ila 600 arasında bir testte bulunuyor.

Rusya, 2015 yılında Beloyarsk. BN-800'de ticari operasyona başlayan 800 MWe hızlı reaktörü inşa etti ve 2016 yılında tam kapasiteye ulaştı [Dönetici 1, büyük ölçekli hızlı reaktörlere doğru önemli bir adım atarak, Rusya'nın BN-1200 hızlı reaktörler için yeni bir yakıt üretimine yönelik olarak harcandığını açıkladı.

Birleşik Krallık: Dounreay

Birleşik Krallık, Dounreay'da hızlı reaktör programını kurdu, kuzey İskoçya sahilinde uzaktan bir site kurdu. Dounreay Fast Reaktör (DFR) 1959'da faaliyete geçen 60 MW termal deneysel hızlı reaktöre sahipti. DFR, 1977'de eşsiz bir sıvı-metal serin-yaşlı-yaşlı bir sodyum ve potasyum karışımını kullandı - yüksek sıcaklıklarda ameliyat etti.

İngiltere daha sonra, Dounreay'daki Prototip Hızlı Reaktör (PFR) kurdu, bu da 1974 yılında 600 MW'lık termal bir çıktı ile operasyona başladı (yaklaşık 250 MWe). PFR, daha hırslı bir tasarım elde etmek için, ticari viability of fast yetiştirici reaktörleri ispatlamak için planlandı. Ancak, PFR, kalıcı sodyum sızıntıları, buhar jeneratör hataları ve yakıt kullanımı zorlukları dahil olmak üzere çok sayıda teknik problem yaşadı.

Japonya: Monju ve Joyo

Japonya'nın hızlı reaktör programı iki tesis üzerinde merkezileştirildi. Joyo deneysel hızlı reaktör, 100 MW'lık bir termal çıktı ile 1977'de Oarai Research ve Development Center'da çalışmaya başladı. Joyo, bilimsel çıktı için iyi kabul edildi.

Japonya'nın ticari ölçekli prototipi Monju, 280 MWe sodyum-cooled hızlı bir şekilde reaktörü Nisan 1994'te ilk kritikliğe ulaştı, ancak Aralık 1995'te, büyük bir sodyum sızıntısı, Japonya'nın hızlı programdaki ne zaman nemle tepki verdiğinde yangın meydana geldi.

Diğer Ulusal Programlar: Almanya, Hindistan ve Öteki

Almanya SNR-300 projesi aracılığıyla hızlı bir şekilde üretime devam etti, 300 MWe sodyum-cooled hızlı reaktör Hollanda sınırında inşa edildi. SNR-300 İnşaatı 1972'de başladı, ancak proje siyasi muhalefet, düzenleyici gecikmeler ve 1985 yılında sona erdi, ancak Chernobyl felaketinin ardından Alman hükümeti, yoğun anti- ⁇ hissi ile karşı karşıya kaldı.

Hindistan, aksine, hızlı bir şekilde prodüktif reaktörler takip etti. Hindistan'ın stratejisi, yüksek çözünürlükte bulunan ve Çin'in en uzun süre boyunca nükleer reaktörler inşa ettiği için, 1985'te hızlı bir şekilde yapılan reaktörler ile ilgili olarak, 50 MW'lık bir termal-soğuk reaktörler arasında bir köprüyü kullanarak, Hindistan'ın hızlı Breeder Test Reakkam'ı inşa etti.

Teknik Meydanlar ve Operasyonel Hurdles

BN-600 ve Phénix gibi reaktörlerin teknik başarılarına rağmen, FBR'ler yaygın ticari kabullerini engelledi. bu zorluklar teknolojinin gelecekteki beklentilerini değerlendirmek için önemlidir.

Sodyum Coolant: Faydaları ve Çizimler

sodyum, yüksek ısı iletkenliği, yüksek ısıtıcı noktası (883°C), ve düşük bir erime noktası (98 °C), uygun bir şekilde operasyonel zorluklara yol açıyor.Bu, sodyumun ağır bir şekilde su ve hava ile reaksiyonlarını gerektirir: sodyum-su reaksiyonları, hidrojenin buharı işlemesine ve neden olan buharlı vakumlu sıvıların kullanımı için hasar verebilir.

Hızlı Neutron Irradiation altında Yakıt Performansı

Hızlı reaktör yakıtı olağanüstü sert bir ortama dayanmalıdır. Hızlı nötronlar, yüksek enerjileriyle, karmaşık ve karışık yakıtlar da dahil olmak üzere yakıt kristalleri için daha fazla yer değiştirme hasarlarına neden olur. Yüksek yanmalı gaz balonlarının oluşumuna ve yüksek yanmaya izin vermek için gelişmiş yakıtlar. Erken oksit yakıtlar, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek yakıtlar için yüksek çözünürlükte yüksek yakıtlar sağlar.

Yüksek Sermaye Maliyetleri ve Ekonomik Viability

FBR dağıtımına en önemli engel ekonomi olmuştur. Hızlı reaktörler kapalı yakıt döngüsünün faydalarını anlamak için daha karmaşıktır: birincil bir sodyum sistemi, orta sodyum döngüsü, özel buhar jeneratörleri, sodyum ortamları için tasarlanmış bir yakıt işleme sistemi ve üretim altyapısı, son üç yılda bir çok kez daha düşük maliyetle üretim maliyetlerinin yüksek olması durumunda, daha yüksek maliyetli bir şekilde üretim maliyetinin iki ila üç kat daha yüksek olması gerekir.

Proliferasyon Riskleri ve Uluslararası Güvenlik

Hızlı yetiştirici reaktörler nükleer prodüktör riskleriyle ilişkilendirilir, çünkü battaniyelerinde plutonyum üreterek 1970'lerde ticari yeniden işleme programını durdurma kararı, Ford ve Carter yönetimi altında önemli ölçüde yavaşlayan Amerikan FBR geliştirmektedir. Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı (IAEA) FBR yakıt döngüleri için izleme ve doğrulama protokolleri geliştirdi, ancak bu tür bir engeli geri almak için bazı hızlı bir şekilde yeniden yapılandırmak için bu riski azalttı.

Son gelişmeler ve Revival of Interest

1990'larda ve 2000'lerin başlarında, hızlı reaktör teknolojisine olan ilgi, 2010 ve 2020'lerde, birkaç konvertör faktör tarafından yeniden canlanıyor: farklı tasarımları ve yakıt döngüsü stratejileri takip eden birçok ülke ile büyüme ihtiyacı.

Rusya'nın Liderliği: BN-800 ve Ötesinde

Rusya, hızlı reaktör kapasitesinde küresel lider olarak ortaya çıktı. Beloyarsk'taki BN-800 reaktörü 2016 yılından bu yana tam bir güçte faaliyet göstermektedir ve bu da, Rusya'nın nükleer yakıt döngüsündeki yüksek orandaki yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte ve Hindistan'da üretilen nükleer enerji verimliliği ile birlikte, yüksek miktardaki yüksek çözünürlükte bulunan BN-1200 reaktörü tasarlamıştır.

Çin'in Ambitious Fast Reaktör Programı

Çin hızlı reaktör geliştirme stratejisinin bir parçası olarak küresel bir nükleer teknoloji lideri haline geldi. Çin Experimental Fast Reaktör (CEFR), 65 MW termal sodyum soğutmalı hızlı reaktör, 2010 yılında Pekin'in yakınında operasyon başlattı. CEFR, Çin'in orta ölçekli bir nükleer reaktöre giden Çin'in yüksek teknoloji yatırımlarından 600 MWe sodyum-cooled hızlı reaktörü inşa etti.

Hindistan ve Üç-Stage Programı

Hindistan'ın hızlı reaktör programı, üç aşamalı nükleer güç programına integral olarak dikkat edildiği gibi.FBR-600, Çin'in yerli yakıt döngüsü, 500 MWe elektrik çıktısıyla, paralel olarak geliştirilmekte olan Hindistan'ın teknik yaklaşımları, FBR-600'ü, standartlaştırılmış 600 MWe tasarımı dahil olmak üzere, Hindistan'ın yerli yakıt döngüsünde kullanılan yüksek enerji sistemlerinden yararlanarak, bu da sert reaktörlerin kullanımını vurgulamaktadır.

Diğer Ülkelerde Projeler

Güney Kore, şu anda hızlı reaktörler inşa ederken, Pensatile Testörü (VTR) projesi gibi gelişmiş hızlı reaktör konseptlerine destek verdi ve bu da test yakıtları ve malzemeleri için hızlı bir şekilde yapılanma kapasitesine sahip oldu.

Teknik Variants ve Gelişmiş Kavramlar

sodyum soğutmalı hızlı reaktörler tarihsel olarak FBR geliştirmeye hükmedmiş olsa da, çeşitli alternatif soğuk teknolojiler ve tasarım kavramları aktif olarak araştırılıyor.

Baş ve Baş-Bismuth Cooled Fast Reaktörler (LFRs)

İlerici hızlı reaktörler, yüksek sıcaklıklarda mükemmel bir nötron ekonomisi ve liderlik eden ısı uygulamaları için potansiyel olarak uyumlu hale gelir.Bu, gelişmiş malzemelere ve pompalanan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunuyor.

Gaz-Cooled Fast Reaktörler (GFRs)

Gaz soğutmalı hızlı reaktörler, yüksek akış oranları ve daha güçlü dolaşım cihazları gerektiren yüksek ısı kapasitesinin ve daha yüksek ısı kapasitesinin arttırılmasını sağlar. Düşük ısı kapasitesinin kaybının Avrupa Birliği, Japonya ve ABD'deki inşaat programları ile daha hızlı bir şekilde takip edilebilmesi anlamına gelir.

Molten Salt Hızlı Reaktörler (MSFR)

Daha radikal bir konsept, sıvı formda olduğu için, MSFR'nin yüksek miktardaki sıvı üretimine kıyasla daha yüksek yakıt kullanımı, düşük atık üretimi ve yeniden yüklenmesinden önce elde edilen hızlı nötron spektrumu, daha yüksek atomik bir miktarla çözülebilir.

Küçük Modüler Hızlı Reaktörler (SMFR)

Son yıllarda, daha küçük hızlı reaktör tasarımlarına ilgi duyuyor, genellikle 50-300 MWe aralığında, bu fabrika tarafından üretilen ve daha düşük sermaye maliyetleri ile daha düşük maliyetli bir şekilde dağıtılabilir.Küçük modüler hızlı reaktörler için rasyonel, daha düşük finansal risk, oturma esnekliği ve GEHZE ile işbirliği yapma yeteneği ARC-100, ARC-100, ARC Nükleer Nükleer (Kanada) tarafından tasarlanan 100 MWe sodyum soğutmalı hızlı reaktörler ile birlikte, yüksek bir araya geliyor.

Future Prospects ve Fast Breeder Reaktörlerin Rolü Sürdürülebilir Enerji Sisteminde

İleriye bakıldığında, hızlı yetiştirici reaktör teknolojisi geleceği, teknik ilerleme, ekonomik faktörler, politika kararları ve halk kabulü karmaşık bir şekilde karşı karşıyadır. Gerçek bir değerlendirme hem potansiyel avantajları hem de kalan önemli engellere bağlıdır.

Olumlu tarafta, FBRs, dünya çapındaki binlerce yıldan binlerce yıla kadar güçlü bir çözüm sunuyor: insan zaman ölçeğinde yakıt tedariki ve radyoaktif atık yönetimi. hızlı bir nötron spektrumunda yer alan FBR'ler, dünyanın en uzun vadeli radyooksisitesini ve ısı yükünü binlerce yıldan uzun bir süre uzatabilir, potansiyel olarak bu yana binlerce insanın yaşam boyu süren çevresel özellikleriyle uyumsuz bir şekilde azaltılabilir.

Olumsuz tarafta, ekonomik engeller hala korkutucu kalır. Hızlı reaktör henüz hafif su reaktörlerine karşı rekabetçi elektrik üretimi maliyetleri gösterdi, doğal gaz veya yenilenebilir enerji kaynakları. FBR'lerin sermaye maliyetleri, sodyum soğutucu sisteminin karmaşıklığı nedeniyle doğal olarak daha yüksek, FBR'lerin yeniden işlenmesi için gerekli olan ihtiyaçlar zayıftır. Bu nedenle, uranyum fiyatları düşük kalır ve enerji verimliliğine sahip ülkeler için gerekli olan en kısa sürede Rusya'nın maliyeti düşük ve enerji tasarrufuna sahip ülkeler için çok düşük maliyetlidir.

Başka bir belirsizlik, gelişmiş yakıtlar ve malzemeler geliştirmek için zaman çizelgesidir, Rusya'daki yüksek yakma, uzun yakıt aralıkları ve ekonomik rekabet için ihtiyaç duyulan yüksek işletme sıcaklıkları.Mevcut FBR yakıt teknolojisi, işlevsel olarak, hala yan yanaklık sınırları açısından kısıtlamalara sahiptir, cladding dayanıklılığı ve yakıt üretimi maliyeti.

Son olarak, hızlı reaktörlerin ve ilişkili yakıt döngüsü altyapısının kamu kabulü – bitkiler, plutonyum işleme tesisleri ve çok-uluslu reaktör siteleri için alın- Chernobyl ve Fukushima kazaları, herhangi bir yeni FBR projesinin nükleer teknolojiye derin bir rezervuarını ve hızlı reaktörler yaratması için gerekli değildir.

Sonuç olarak, hızlı yetiştirici reaktör teknolojisi, Clementine ve EBR-I'deki ilk gösterilerden bu yana uzun ve uzun vadeli bir vaatte bulundu.Bu, yüksek enerjili bir şekilde üretim ve kapalı yakıt döngülerinin fizibilitesinden elde edilen yüksek çözünürlükte, ancak ekonomik viability, gelecekteki nükleer sistemlerin maliyetlerini ve karmaşıklığını garanti altına alacak.