Hızlı yetiştirici reaktörler nükleer enerjiye dönüştürücü bir yaklaşım temsil eder, doğal uranyumdan geleneksel reaktörlerden çok daha fazla enerji çıkarmak için tasarlanmıştır. Nükleer bağlamda, hızlı yetiştirici reaktörler yakıt döngüsünü kapatmanın bir yolunu sunar, bu reaktörler, uzun süreli bir radyoaktif atıkların hacmi ve toksisitesinin özelliklerini doğrudan azaltabilir.

Hızlı Breeder Reaktörler Nedir?

Hızlı yetiştirici reaktörler (FBRs) hızlı nötronlar kullanan nükleer reaktörlerin sınıflarıdır – yaklaşık 1 MeV'nin üzerindeki kinetik enerji ile çalışır - bir fission zincir reaksiyonu devam eder. Bu, temel olarak sıvı sodyum, liderlik veya bir elektrik motorun büyük çoğunluğundan farklıdır.

Anahtar inovasyonu şöyledir:0) Geleneksel ışık su reaktörü ile zincir reaksiyonlarını sürdürebilen, sadece nadir uranyum-235 uranyum-235, yüksek enerjili nötronlar, uranyum-239'u kullanarak takip eden uranyum-239'u daha fazla enerjik bir reaktörle doldurabilir ve enerjik olarak kullanılabilir.

Üreme oranı - makine başına üretilen fissile materyali miktarı - ortalama olarak 1.04 ila 1.2 arasında iyi tasarlanmış FBR'ler ile karşılaştırılabilir.Bu, hızlı yetiştirici teknolojinin temel vaadidir.

Hızlı Breeder Reaktörler Termal Reaktörlerden Nasıl Differ

Neutron Spectrum ve Yakıt Döngüsü

Temel ayrım, nötron enerjisinde yatıyor. Termal reaktörler yavaş nötronlar yaklaşık 0.025 eV'ye gidiyor, bu da uranyum-235 ve plutonium-239 için fisiyonel yakalamanın daha yüksek bir olasılık olduğunu gösteriyor (nempozisyon, americyum, curium) ve uranyumun yüksek enerjilerini azaltır.

Coolant Selection

Parçacıklı nötronlardan kaçınmak için, FBRs serin bir şekilde su kullanamaz. Su, hidrojen içeriği nedeniyle mükemmel bir moderdir. yerine, hızlı reaktörler, sıvı (en yaygın), sıvı liderlik veya öncü-bismuth gibi, ve gelişmiş tasarımlar için, helium gaz veya molten tuzlar sunar.

Core Construct Build and Yakıt Design

Hızlı reaktör çekirdeği, genellikle uranyum ve plutonyumdan daha kompakttır, ancak metalik yakıtlar (örneğin, uranyum-plutonyum-zirkonyum alaşımları) veya nitrit yakıtların da geliştirildiği yerlerdeki ısıtılmış veya doğal olmayan enerjilerin battaniyesi ile çevrilir.

The Geometri Ekonomi ve Nükleer Malzemeler

dairesel ekonomi, kaynakları mümkün olduğunca uzun süre kullanmayı amaçlayan ekonomik bir modeldir, onlardan maksimum değer elde eder, sonra hizmet hayatının sonunda ürün ve malzemeleri geri döndürür ve küçük eylemciler daha verimli bir şekilde yönetilir.

Hızlı yetiştirici reaktörler bu vizyonun merkezidir. plutonyum geleneksel reaktörden yakıt harcanmış ve ayrıca Hindistan, Rusya, Çin, Japonya, Fransa ve Birleşik Krallık gibi ülkelerden gelen FBR'lere olan ilgiyi birkaç yüz yıldan fazla bir süredir izole edilmelidir.

Hızlı Breeder Reaktörlerde Geri Dönüşüm

Geri dönüşüm süreci, yakıt yeniden işleme ile başlar. Bir termal reaktörden oluşan yakıt deşarjı yaklaşık% 1 plutonyum,% 95 uranium (en çok uranyum-238) ve% 4 fission ürünler ve küçük eylemciler. Geleneksel bir kez-aptal bir döngüde, bu bütün karışım, kapalı bir döngüde, yakıt nitrik asitle çözülüyor ve uranyumun ve plutonyumun kimyasal olarak bölünmüş durumda.

Hızlı reaktörler bu geri dönüştürülmüş plutonyumu temel yakıt olarak kullanır. battaniye materyali - sadece uranyum ve plutonyumu çıkarmak için yeniden işlenir, americium ve curium.Bu küçük eylemciler daha sonra hızlı reaktör yakıt ve transmuted (burn) olarak dahil edilebilir.

FBR'lerle Geri Dönüşümün Avantajları

  • [FONT:0)Enhanced yakıt verimliliği: Hızlı bir yetiştirici reaktör, bir zamanlar ışık su reaktöründe% 60-70 oranında tasarruf edebilir.
  • [FONT:0) Uzun ömürlü radyoaktif atıkların geri alınması: plutonyum ve küçük eylemciler, yüksek seviyeli atıkların hacmi ve radyooksisitesi% 90'dan fazla azaltılabilir.
  • [FONT:0)Kaynak bağımsızlığı:[Dönetici olmayan ülkeler mevcut yakıt stoklarını bir kaynak olarak kullanabilir, enerji güvenliğini artırmak.
  • [FONT:0)Sustainability:[Dönetici ile] Mevcut uranyum kaynakları, yıllık olarak enerji uygarlığını etkin bir şekilde yenilenebilir bir kaynak haline getirebilir.
  • [FONT:0) Çevre ayak izini: [Döntilmiş: [Döntilmiş Çevre Ayaklanması: [Düzg: 1) Daha az madencilik, değirmen ve zenginleştirme gereklidir, nükleer yakıt döngüsünün ekolojik etkilerini azaltır.

Meydanlar ve Engeller

Zorlu avantajlarına rağmen, hızlı yetiştirici reaktörler yaygın olarak kullanılmamıştır. Çeşitli teknik, ekonomik ve toplumsal engeller kalır.

Teknik ve Operasyonel Zorluklar

Hızlı reaktörler yüksek sıcaklıklarda çalışır ve daha yoğun nötron radyasyonu termal reaktörlerden daha yoğundur. Bu, malzemeler üzerinde aşırı talepler: yakıt sıkıştırması, temel yapısal bileşenler ve serin sistemler, şişme sistemleri, onlarca yıl boyunca sıvılaştırılmış betonlar ve korozyona karşı korumalıdır. Örneğin, Japonya'nın Monju reaktörü, sadece yeniden işleme veya merkezileştirilmiş geri dönüşüm tesislerine yönelik karmaşıklaştırmalar daha teknik zorluk getirir. Birçok FBR gösteri projesi, sodyum sızıntıları, yakıt hataları ve uzun yıllar boyunca korozyona karşı karşıya kalır.

Ekonomik Faktörler

Hızlı yetiştirici reaktörler, çoğu pazarda hafif su reaktörlerinden inşa etmek için doğal olarak daha pahalıdır.Ek olarak, uranyumun maliyeti tamamen içselleştirilince, yüksek sermaye maliyetleri, yüksek miktarda zenginleştirme kapasitesi ile birlikte, FBR'ler ekonomik olarak üremenin tam ekonomik yararı sadece uranyum fiyatlarının yükselmesi veya atıkların maliyetinin tamamen içselleştirilmesi durumunda gerçekleşir.

Proliferasyon Riskleri

Hızlı yetiştirici reaktörlerde üretilen plutonyum, doğru koruma önlemleri için çeşitlendirilebilir.Plutonium, silah sınıfı malzemeden daha az uygun olsa da, bu riskleri azaltmak için hala devlet aktörleri veya sofistike terörist gruplar tarafından kullanılabilir. Uluslararası koruma önlemleri ve yakıt çevrimleri (örneğin, UREX +) süreci aktif bir araştırma alanıdır.

Public Perception and Policy

Nükleer enerji genel olarak birçok ülkedeki halk şüpheciliği ile karşı karşıya kalır ve hızlı yetiştirici reaktörler genellikle 1983 yılında plutonyum üretimi ile ilişkilendirilir ve Fransa da Rusya'daki uzun zaman çizelgesi (BN-800) daha fazla proje, Hindistan (PFBR) ve Çin (CEFR) yeni bir taahhüt göstermiştir.

Mevcut Projeler ve Future Outlook

Birkaç ülke aktif olarak hızlı yetiştirici reaktörler ve ilişkili yakıt çevrim altyapısı geliştiriyor.

Rusya: BN-800 ve BN-1200

Rusya, 2016 yılında ticari bir operasyona başlayan Beloyarsk Nükleer Enerji Santrali'nde 880 MWe hızlı reaktör işletiyor ve bu da OPEC'te kapalı yakıt döngüsü gösterisini kullanıyor.

Hindistan: PFBR ve Beyond

Hindistan, büyük inşaattan sonra sert tonlarca yüksek miktardaki beton reaktörlerini kullanarak üç aşamalı bir nükleer programına sahiptir. Hindistan, gelişmiş reaktörlerin üçüncü aşaması için 500 MWe Prototype Fast Breeder Reakkam (PFBR) ile güçlü bir şekilde dengeleniyor.

Çin: Deneysel ve Şeytan Rektörler

Çin Çin Çin'in Deneysel Hızlı Reaktör (CEFR), 2010 yılında kritik bir yakıt işleme programına ulaşan 65 MWt sodyum soğutmalı havuz tipi reaktörü işletmektedir.

Avrupa: ASTRID ve MYRHA

Fransa'nın ASTRID projesi (İklim Şeytanı için İleri Seviye sodyum Teknolojik Rejim), Phénix ve Superphénix'e dönüşen 600 MWe sodyum-cooled hızlı reaktör inşa etmeyi amaçladı. Ancak, 2019'da proje bütçe kısıtlamaları ve gelişmekte olan öncelikler nedeniyle askıya alındı.

Uluslararası Girişimler

Generation IV Uluslararası Forum (GIF) büyük adaylar olarak hızlı reaktör tasarımları içerir: RF-Cooled Fast Reaktör (SFR), Lead-Cooled Fast Reaktör (LFR), ve Gas-Cooled Fast Reaktör (GFR) Üyeleri araştırma, güvenlik standartları ve teknoloji geliştirme konusunda işbirliği yapmaktadır. IAEA ayrıca hızlı reaktör ağları ve veritabanılarını hızlı reaktör deney verileri üzerinde de destekler.

Sonuç: Sürdürülebilir Nükleer Enerjiye Yönelik Bir Yol

Hızlı yetiştirici reaktörler sadece teknik bir merak değildir; nükleer enerji miktarını genişletirken uranyum kaynaklarını büyük ölçüde azaltmaktadır.

Bununla birlikte, ticari dağıtım yolu uzun ve pahalı. geçmiş başarısızlıklar ve yüksek sermaye maliyetleri mizaçlı coşkulu bir coşkuyla karşı karşıya kalır, ancak Rusya, Hindistan ve Çin, teknolojinin tutarlı politika ve bütünleşik altyapı tarafından desteklenmekte olduğunu gösteriyor.

Dünya sürekli olarak çalışabilecek düşük karbon enerji kaynakları arıyor, hızlı yetiştirici reaktörler, nükleer yakıt döngüsünü kapatma ve atık azaltımı konusunda eşsiz bir yol sunuyor. Başarıları nükleer malzemeler için gerçek bir dairesel ekonomiye bağlı olacaktır.