Hızlı Breeder Reaktörler

Hızlı yetiştirici reaktörler (FBRs) gelişmiş nükleer enerji sistemlerinin bir temel taşı temsil eder. Geleneksel ışık su reaktörleri (LWRs), yavaş (termal) nötronlar, FBRs hızlı nötronlarla çalışır - bu temel fark, FBR'lerin verimli bir malzeme dönüştürmesine izin verir, örneğin, ağırlaştırılmış uranyum veya tonlama gibi, yüksek yakıt tasarrufu sağlar.

On yıllar süren deneye rağmen – Fransa Phénix gibi reaktörler protesto ederek, ABD'nin Deneysel Breeder Reor II (EBR-II), ve Rusya'nın BN-600 – Kabul edilen bazı ticari ölçekli FBR'ler bugün faaliyet gösteriyor ve modern LWR'lerin maliyetine sahip olmadı.

Teknik Meydanlar

Yüksek hacimli Operasyon ve Malzeme Degradasyon

FBRs LWRs'ten önemli ölçüde daha yüksek sıcaklıklarda çalışır - temel çıkışında 500-5-5C, baskılı su reaktörleri için yaklaşık 300°C'ye kıyasla, yüksek sıcaklık ortamı, yoğun hızlı çeliklerle birlikte (örneğin, yüksek çözünürlükte yüksek oranda 10 ila 100 kat daha yüksek), yüksek çözünürlükte çelikler için aşırı talepler, beton kaplamalar ve uzun yıllar boyunca yüksek çözünürlükte betonarme işlemi gerektirir.

Dahası, soğukta da zorluk çekiyor. Çoğu FBRs sıvı sodyumu bakım sırasında bileşenlerin mükemmel ısı transfer özellikleri ve düşük nötron modurasyonu nedeniyle serin bir şekilde kullanıyor.Ancak, sodyum, su ve hava ile güçlü tepki veriyor, çünkü sodyum, bu riskleri ortadan kaldırmak için gelişmiş bir kesinti sistemi ve çift katlı boru hatları gerektiriyor.

Komplek Yakıt Döngüsü ve Yeniden İşleme

FBRs, üreme avantajlarını anlamak için kapalı bir yakıt döngüsü gerektirir. Spent yakıtı LWR'ler için kullanılan bir kez daha zorlanır ve yüksek çözünürlükte bulunan yüksek enerjili bitkiler üretmekte ve yeni üretim tesislerini yeniden işlemektedir.

Ek olarak, FBR yakıt üretimi, plutonium'un yüksek seviyeleri ile başlanmalıdır (20–% 30'u çekirdekte, geleneksel MOX yakıtında% 5–7'ye karşı). Bu, uzaktan kullanım, gelişmiş karıştırma ve sintering süreçleri gerektirir ve kritik kazalardan kaçınmak için titiz kalite kontrolü gerektirir.

Neutronics ve Core Design

Bir FBR çekirdeğinin 1.0'dan daha büyük bir üreme oranı elde etmek için tasarlayın (bu tüketilen yeni fissile materyalinin oranı) hassas bir nötron-balance egzersizidir. Yakıt kompozisyonunu, geometrisini ve soğuk hacimsel malzemeyi azaltmak için çok fazla soğuk veya yapısal malzeme yavaş nötronlara sahiptir ve bitkileme oranını azaltır; çok az ısı soğutma kapasitesi. Reaktivite katları - özellikle de çöpçatan tasarruf etmek gerekir (bu tür operasyonel değişiklikleri azaltır) - özellikle de zenginleştirmek için negatiftir.

Ayrıca, FBRs, yakıcı ve yakıt matrisleri ile çalışır (enerji miktarı yakıt birimi başına çıkarılır). Yüksek yanlılar - ATR (Advanced Test Reaktör) ABD'de veya BOR-60'ı sadece ticari FBR'ler için gerekli olan koşulları kapsar. Sonuç olarak, birkaç tesisin tüm yaşam döngüleri gibi tahmin etmesi öngörülemez.

Ekonomik ve Düzenlemek

Yüksek Sermaye Maliyetleri ve Uncertain Geri Döndürüyor

Bir FBR'nin ön maliyeti, egzotik malzemeler nedeniyle LWR'ninkinden daha yüksek, sodyum soğutma sistemleri, orta ısı değiştiricileri ve bir yerinde veya bölgesel yakıt yeniden işleme tesisine ihtiyaç duyuyor. Örneğin, Hindistan'ın Prototip Hızlı Breeder (PFBR), başlangıçta 500 milyon dolar değerinde bütçelendi, ilk tahmin edilenden fazla riskli fiyattan daha fazla maliyetle azaldı.

FBR'lerin ortalama olarak tahmin edilen elektrik maliyetine göre değişir, ancak çoğu çalışma, ticari piyasanın mevcut olmadığı zamanlarda 50-% 100 daha pahalıya mal olur.FBR'ler için öğrenme eğrisi diktir: ilk-of-a-kind (FOAK) maliyetler son derece yüksektir ve Nth-of-asp tasarrufları birçok birim gerektirir - ticari pazar olmadığı zaman tavuk-ve-ve-egg problemini gerektirir.

Evolving Düzenleme Çerçeveleri

Çoğu nükleer düzenleyiciler, LWR'leri deneyimlemek için on yıllar boyunca tecrübe ruhsatlandırmak zorundalar, ancak FBR'ler için iyi yapılandırılmış standartlardan yoksundur.

  • [FONT:0)Sodium yangın güvenliği: [Döntgen: [Dönetici: 0,4] Hidrojen sistemi tasarımı için kodlar ve standartlar, sızıntı algılama ve yangın baskısı, LWR'lerin su kullandığından daha az olgundur.
  • [FONT:0)Plutonium kullanımı: [Döntme:[Dönetici: 0) Güvenlik ve malzeme hesap verilebilirlik gereksinimleri plutonyum için daha sıkıdır, maliyetleri ve gözetim yüklerini yükseltmektedir.
  • [FONT:0)Inherent güvenlik özellikleri:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dön güvenlik özellikleri:[Döneticiler:[Döneticiler:[Döneticiler) Pasif güvenlik sistemleri için kabul kriterlerini geliştirmeli (örneğin, doğal dolaşım kesinti ısı kaldırılması) aktif sistemlerden farklı olarak uzaklaştırılır.
  • [FONT:0)Seismic tasarımı: [Dönetici: [Dönetici:0] Sıvı-sodium sistemleri farklı dinamik yanıtlara sahiptir; mevcut sismik metodolojiler adaptasyona ihtiyaç duyabilir.

Uluslararası standartların belirlenmesi – IAEA ve Nesil IV Uluslararası Forum (GIF) gibi bedenler – fikre indirgenebilir, ancak ilerleme yavaştır. Nükleer düzenleyiciler muhafazakar olma eğilimindedir ve post-Fukushima döneminde, herhangi bir roman tasarımı, on yıl boyunca yoğun bir inceleme ile karşı karşıya kalır.

Proliferasyon Riskleri ve non-proliferasyon Constraints

FBR'nin yakıt döngüsü, plutonyum akışlarını izlemek ve herhangi bir diversiyon tespit etmek için doğal olarak bir FBR'nin yakıt işlemesi ile ilgili olarak, ABD politikası, örneğin, prodüktif kaygılar nedeniyle ticari yeniden işlemeye karşı karşıya kalır, uluslararası güvenlik yükümlülüklerini yerine getirmez.

Çevre ve Güvenlik Tahminleri

Atık Yönetimi ve “Breeder Waste” Profil

FBR'lerin önemli bir çevresel vaadi, FBR'lerde uzun süreli eylemcileri yakabilmeleridir (örneğin, plutonyum, americium, curium) LWR'den harcanan yakıt, sıvı atıkların hacmini ve toksisitesini azaltmak, bu da jeolojik olarak depolanmalıdır.Gerçekten, çalışmalar, FBR'lerde geri dönüşümlerin birkaç yüz yıldan birkaç yıla kadar tehlikeli kaldığını gösteriyor.

Eleştirmenler yeniden işleme ve yakıt üretim tesislerinin tarihsel olarak çevreye sızıntıları var - örneğin Lahey ve Sellafield'da - ve yeniden işlemenin karbon ayak izininin bazı atık avantajları dengelemesi olabileceğini belirtiyor. Bununla birlikte, gelişmiş bölme ve transmutasyon teknikleri geliştirme (örneğin, piroişman) daha fazla atık akışını azaltmayı ve çoğalmayı hedefliyor.

Sodyum-Cooled Systems'in Güvenliği

sodyum oksit aerosollerini salıvermek ve potansiyel olarak işçileri alkalin caustics'e maruz bırakmak, Japonya'nın Monju reaktöründe yakıp, on yıl boyunca fabrikayı kapatan 1995 sızıntı ve yangın, operasyonel riskleri gösterdi. Benzer şekilde, Superphénix çok sayıda sodyum sızıntısını serbest bıraktı ve potansiyel olarak kamu güvenini açığa çıkardı.

Modern tasarımlar birden fazla güvenlik katmanı içerir: iki katlı borular, sabit gaz battaniye sistemleri ve acil durum tahliyeleri. Pasif güvenlik özellikleri, doğal olarak tükenme ısı kaldırma (örneğin, EBR-II'de korumasız bir kayıp testi sırasında gösterilmiştir), bu sistemlerin doğal olarak güvenli bir şekilde yürütülmesi için bir yol sunar.

Halk Algı ve Siyasi irade

Genel olarak nükleer enerji, genel olarak “seksik” ve plutonyum ile olan ilişki, “hızlı cins” terimi, büyük FBR tasarımları büyük ölçüde daha iyi performans gösteren reformlar için tereddütlüdür.

Meydan okumaları: Path Forward

Uluslararası İşbirliği ve Bilgi Paylaşımı

Tek bir ulus, FBR kitlenin tek başına kabul edilen teknik ve ekonomik zorluklarını çözemez. The Generation IV International Forum (GIF) işbirliğine dayalı R&D ile sodyum soğutmalı hızlı reaktörlere (SFRs), malzemelere, yakıtlara, güvenlik testlerine ve ileri modellemeye odaklanarak, ABD destekli tüm ortaklara yönelik 600 adet patentli anlaşma ile test imkanlarının koordinasyonunu sağlar.

Gelişmiş malzemeler ve İmalat

Malzeme bilimi ile ilgili bölümler kritiktir. ODS çelikler, rerakter alaşımlar (örneğin, molybdenum ve T- bazlı), silikon elyaf kompozitleri ve atom prototipleri gibi gelişmiş kladding kaplamalar araştırma altındadır.Yazma (3D baskı) malzeme araştırmalarında karmaşık serinleştirici kanallar ve ısı değiştiricileri üretebilir, maliyet ve liderlik süreleri azaltır. Accelerated material methods - tomography gibi ion irradiation ve gelişmiş karakterizasyon teknikleri - on yıllardır test döngüleri.Sustained finansmanını azaltır.

Küçük Modüler Hızlı Reaktörler (SMFR)

Daha küçük kareler, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte küçük modüler hızlı reaktörlerin (SMFR) geliştirilmesini sağlar. daha küçük boyutları fabrika üretimine, daha basit ısı kaldırma sistemlerine ve oturma esnekliğine sahiptir. Örnekler Superphénix-derived Phénix'in her siteye ihtiyacı vardır, ancak gelişmiş ülkeler olmadan daha küçük FBR'ler için erişilebilir hale getirilebilir, SMFR'ler fabrikaya sunulur.

Politika ve Ekonomik Teşvik

Hükümetler özel sermaye çekmek için açık, uzun vadeli politika sinyalleri sağlamalıdır. Bu şunları içerebilir:

  • [FONT:0)Carbon fiyatlandırması[[Dönemli: 1) Nükleer enerjinin düşük karbonlu özelliklerini değerleyen enerji kredilerini temizleyebilir.
  • [FONT=0)) Vergi kredileri[[Dönemli:2) veya [[Dönemli garantiler[Döneticileri için 3 ).
  • [FONT:0)Waste-disposal krediler[Dönüşün yakıtlar için], doğrudan kullanım maliyetinin yansıtılması.
  • [FONT:0]Streamlined Lisans[Dönetici: 1) standart tasarımların ve erken site izinlerin prevalı ile.
  • [FONT=0]Kamu-özel ortaklıklar [Döneticileri göstermek için risk paylaşmak için, ABD Enerji'nin gelişmiş reaktör gösteri programı (ARDP) ile görüldü.

Ek olarak, geri dönüştürülmüş plutonium (veya MOX yakıt) için istikrarlı bir pazar kurulmalıdır. LWRs'ten plutonium için güvenli bir şekilde, FBR'leri inşa etme teşvikleri azaltılabilir. Uluslararası yakıt bankaları veya tedarikçi anlaşmaları gerekli garantiler sağlayabilir.

Şeytan ve Operasyonel Deneyim

Mevcut FBR'lerin operasyona devam edin – Rusya'nın BN-600 ve BN-800 (şimdi MOX yakıtında çalışıyor), Hindistan'ın PFBR (şimdiye kadar komisyonda), ve Çin'in CFR-600 (yapıda) – özellikle de pahalı olmayan veriler, gelişmiş yakıtlar için test yatakları olarak hizmet ediyor, pasif güvenlik özellikleri ve yeni operasyonel prosedürler.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Hızlı yetiştirici reaktörler, aşırı ortamlara sahip olan tek kanıtlanmış teknoloji olarak kalırken, uzun vadeli atıkların verimini azaltırken, kitlesel kabul için umut verici konseptinden gelen yolculuğu, uygulanabilir teknik, ekonomik, düzenleyici ve sosyopolitik engellerle engellenir.

Küresel enerji sistemlerini de ortadan kaldırmak, büyüyen nükleer atıkları yönetmek için bir zorunluluk yaratır, FBR gelişimi için yenilenen bir acil durum yaratır. -Son hatalardan yararlanın, modüler tasarımları kucaklayın ve gelişmiş üretim -FBR'ler pahalı gösterilerden pratik, ölçeklenebilir bir enerji karışımına kadar evrimleştirebilir.

[0] Daha fazla okuma için Dış referanslar: ).

  • [0]Dünya Nükleer Birliği – Hızlı Neutron Reaktörler).
  • [0]IAEA – Hızlı Reaktörler[Dönemli:0)
  • [0]Generation IV International Forum[Dönemli:0]
  • [0]U.S. Enerji Bölümü - Gelişmiş Reaktör Gösteri Programı[Dönemli:0).
  • [FONT=0) BilimDirect - Hızlı Breeder Reaktör Genel Bakış).