Uranium Kaynak Sürdürülebilirlik Üzerine Hızlı Breederlerin Etkisi
Giriş: Uranium Sürdürülebilirliği Yeniden Düşünmek
Küresel enerji talebi tırmanmaya devam ediyor ve nükleer enerji yoğun, düşük karbon kaynaklarından oluşan bir temel yük elektrik sunuyor. Ancak bugün reaktörlerin çoğu –uranium-235 – doğal olarak meydana gelen uranyum-238'den daha azını kullanarak, FBR'lerin yalnızca atıkların tüketilmesinden daha fazla yakıt üretiyor.
Bu makale hızlı yetiştirici teknoloji mekaniklerini inceler, Uranium uranyum utilizasyon, mevcut dağıtım zorlukları ve küresel bir üreme ekonomisi için bakış açısını inceler. Tartışma Dünya Nükleer Birliği'nden ve Uluslararası Atom Enerji Ajansı'ndan (IAEA) gelen verilerle ilgili gerçekçi bir değerlendirme sağlamak için çizer.
Hızlı Breeder Reaktörler Nedir?
Hızlıtron Neutron Spectrum
Geleneksel bir termal reaktörde, nötronlar yavaş yavaşlanır - su veya grafikte, plutonyum-239'a dönüşme olasılığını artırmak için, başka bir fissile kapsülü tamamen kompakt bir temele sahip olan bir motora sahiptir, ancak aynı zamanda farklı bir serinliğe de etkilenebilir - çünkü sodyumun düşmesi gerekir.
Core ve Blanket Konsülü
Bir FBR'nin çekirdeği karışık oksit (MOX) yakıt içerir, plutonyum dioksit ve kırılmış uranyum dioksiti ile ilgilidir.Bu temel, genellikle tükenen uranyum-238 ( zenginleştirme kuyruğundan kurtarılır) veya bazen battaniyeye sızdırılan plutonyum-232.
Zaman Zaman Zamanını Okutmak ve Zaman Zaman Zamanlarını Zorlaştırıyor
Anahtar ölçüm, üretim oranıdır - "harika zaman", aynı reaktöre başlamak için yeterli fissile materyalinin ne kadar yüksek olduğu anlamına gelir. 1.0'dan daha fazla yakıt tasarrufu sağlar. Erken FBR tasarımları yaklaşık 1.2 ila 1.4 arasında elde edilen oranlarda, "nereme zaman", yakıt stoklarının yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yeni uranyum madenlerini genişletebileceğini ifade eder.
FBRs Influence Uranium Kaynakları nasıl?
Dramatically Improv Uranium Utilisation
Konvansiyonel termal reaktörler, uranyum-238'i plutonyuma dönüştürmekle yakıyor ve sonra FBR'lerin orijinal uranyum-238, transuranic elementleri ve fission ürünleri olarak harcanan enerjinin yaklaşık% 60-70'ini ithal edebiliyor.Bu, uranyum-238'i plutonyumu dönüştürmekle ve sonra FBR'lerin binlerce yıldır tükenmeyen kaynakların yaygın olarak dağıtılması gerektiğini tahmin ediyor.
Bilinen Rezervlerin Genişletilmiş Yaşamları
Bugünün tespit edilen uranyum kaynakları toplam 6.1 milyon ton, mevcut tüketim oranlarında yaklaşık 90 yıl boyunca mevcut bir döviz filosunu yakıt için yeterli.FBRs ile aynı miktarda uranyum, 5000 yıldan fazla bir süre yakıt sağlayabilir ve geri dönüşüm tamamen uygulanabilir. Dahası, deniz suyundan gelen düşük ücretli bir depozito ve hatta uranyum, bir ton doğal uranyumun bir ton değerindeki bir ton verim için ekonomik olarak hassas bölgelerden kaynaklanma konusunda endişeleri azaltılabilir.
Madencilik ve Çevre Ayaklama Üzerine Etkisi
Yeni uranyum için talep, doğrudan daha küçük toprak bozulmasına, daha düşük su tüketimine ve madencilik ve değirmenlerden gelen daha az radyoaktif kuyruklara kadar talep eder. FBR'lere geçiş sadece kaynak kullanılabilirliği uzatmıyor, ancak aynı zamanda nükleer yakıt döngüsünün yüksek seviyedeki atık hacminin 10 veya daha hızlı bir şekilde azaltıldığı bir döngüyü daha da azaltır.
Kapalı Yakıt Döngüsü: Yeniden İşleme ve Geri Dönüşüm
Spent Yakıt Tekrar Yakıt Nasıl Olabilir
Kapalı bir yakıt döngüsünde, battaniye materyali ve bazı temel yakıtlar FBR'den tabure edilir, FBR çekirdeği için yeni bir MOX yakıt oluşturmak için gönderilir.Büyük uranyum-238 gelecekteki battaniyeler için stoklanan ürünlerden ayrılır. Fission ürünleri geri alındı ve bir jeolojik geri yükleme işlemine gönderilir.
Muhtemelen Fransa, Rusya, Japonya ve Birleşik Krallık, on yıllardır ticari ölçekli yeniden işleme işletti, öncelikle LWR yakıtı için bu altyapıyı desteklemek için FBR'leri desteklemek mantıklıdır, ancak sermaye yoğun, bir sonraki adım.
Nükleer Atıkların Azaltılması
FBR'lerin en çekici avantajlarından biri, uzun ömürlü transuranic elementleri (plutonyum, americium, curium) uzun vadeli radyooksisitesine sahip olan LWRs'ten yüzlerce yıl boyunca bu izotopları hızlı bir şekilde geri dönüştürmek için yeteneğidir, bu da daha kısa sürede fission ürünlerine yüklenir.Bu “takım yakma”, atıkların doğal arka plan seviyesine düşmesi için gereken süreyi azaltır.
Ayrı sivil plutonyumun büyüyen stokları ile ülkeler – Birleşik Krallık ve Japonya gibi – FBR'leri enerji kaynağına pahalı bir sorumluluk haline getirmenin bir yolu olarak görmeye başladı. Rusya, plutonium'u ortadan kaldırmadan önce MOX yakıtı BN-800 hızlı reaktörüne taşıdı, atık azaltımı ve kaynak uzatmanın ikili faydalarını protesto etti.
Meydanlar ve Kıtlar
Teknik Hurdles
Hızlı nötronlar ve sıvı sodyum serinleme eşsiz mühendislik zorlukları sunuyor. Sodyum suya ve hava ile güçlü tepki veriyor, temasını önlemek için karmaşık bir orta ısı değişimi döngüleri gerektiriyor. reaktör ve boru hattı onlarca yıl boyunca yüksek sıcaklıklara ve nötron bombardımanına dayanmalıdır.
Ekonomik Viability
Hızlı yetiştirici reaktörler LWR'lerden daha pahalıya mal oluyor. Başkent, perkwatt-saat başına 30–50 daha yüksek, büyük ölçüde sodyum sistemleri nedeniyle, özelleştirilmiş malzemeler ve yerinde veya yakın bir yeniden işleme tesisi için ihtiyaç duyuyorsa, ekonomik durum güçlendirilebilir, uranyum fiyatlarının yakıt geri dönüşümünde daha yüksek olması gerekir.
Proliferasyon Riskleri
FBRs ve ilişkili yeniden işleme tesisleri, diğer izotopları ile karıştıran plutonyumu ortaya çıkarabilir, ancak hızlı reaktör çevrimleri için güvenlik önlemlerinin sağlam ve uluslararası olarak doğrulanabilir olması gerekir.IAEA, doğrudan kullanım malzemeleri için özel izleme protokolleri geliştirdi.FBR'leri göz önüne alarak uluslararası ve uluslararası olmayanlar, dışsal olmayan risklerin daha fazla karmaşık olmasını sağlamak zorundadır.
Global FBR Programları ve Durum
Rusya: Hızlı Reaktör Operasyonları Lider
Rusya, Beloyarsk Nükleer Santralinde 1980'den beri güvenilir bir şekilde faaliyet göstermektedir. 2016 yılında BN-600 (880 MWe) ticari operasyon başlattı ve hem MOX yakıt hem de uranyum-plutonyum yakıtını kullanmaya lisanslıdır.
Hindistan: Thorium ve Uranium Verimliliğine Odak
Hindistan, uranyum rezervlerini sınırlıyor, ancak bol miktarda tonyum. üç aşamalı nükleer programı ilk aşama PHWR'leri, ikinci aşama FBR'leri ve üçüncü katoryum reaktörlerini (PFBR) birleştirerek, 500 MWe SFR Kalpli MFR'de inşa edilmiş durumda, Hindistan'ın birden fazla takip etme konusunda bilgi sahibi olması bekleniyor.
Çin: Saldırgan genişleme
Çin iki deneysel hızlı reaktör işletiyor: CEFR (Çin Deneysel Hızlı Reaktör, 65 MWe) ve Çin'in hızlı nükleer genişlemesi ve enerji bağımsızlığı için arzulanan FBR'ler stratejik bir önceliktir.
Japonya, Güney Kore ve Avrupa
Japonya'nın Monju prototipi (280 MWe) teknik ve düzenleyici geri dönüşlerden muzdaripti ve 2017 yılında kalıcı olarak kapatılmıştır. Ancak, Japonya R&D yeteneklerini koruyor ve gelecekteki SFR tasarımları değerlendiriyor. Güney Kore şu anda KALIMER-600 kavramsal tasarım çalışmasıyla sınırlıydı ancak FBR'ler için hemen hemen hemen hemen inşaat planları yok.
Future Outlook: Hızlı Breeders bir Rol Var mı?
Küçük Modüler Reaktörler ve Gelişmiş Yakıtlar ile Synergy
Küçük modüler hızlı reaktörler (SMFRs), fabrika üretimi ve daha basit güvenlik sistemleri aracılığıyla sermaye maliyetlerini azaltmak için geliştiriliyor. Örnekler GE-Hitachi PRISM (Power Reaktör Yenilikçi Küçük Modül) ve Batı Hava Kuvvetleri Komutanı Hızlı Reaktöreler ve LWR'ler üretim kapasitesini korurken, dağıtım kapasitesini artırabilirler.
Nükleer güç için “cirk ekonomi” yaklaşımlarına olan ilgi - atık yerine bir kaynak olarak harcanan yakıt - FBR teknolojisi ile iyi şekilde tedavi edilir.TheDANFLT:0)ITER füzyon projesi), ticarileşmeden on yıllar uzakta, bu yüzden fission hızlı yetiştiriciler mevcut yakıt stoklarından yakın bir şekilde temiz enerji için en yakın pratik seçeneği temsil eder.
Politika ve Kurumsal İhtiyaçlara Sahip
FBR'lerin kaynak sürdürülebilirliğini sağlamak, reaktör teknolojisinden daha fazlasını gerektirir. Entegre yakıt döngüsü altyapısı gerektirir: yeniden işleme tesisleri, MOX üretim tesisleri ve atık vitrification tesisleri, tüm sıkı güvenlik ve güvenlik standartları altında çalışır. Hükümetler, karbon fiyatlama veya temiz enerji kredileri dahil olmak üzere, daha yüksek üretim tesislerini dengelemek için, gıda dağıtım tesislerini dengelemek, korumaları ve yakıt yönetimine yardımcı olabilir.
FBR'lerin yüksek seviyeli atık azaltımı potansiyeli özellikle büyük miras harcanmış yakıt mucitleri ile ülkeler için caziptir. Örneğin, ABD, desteklenen teknolojiler arasında 80.000'den fazla yakıt depolamaktadır; hızlı yanlıları dağıtmak (örneğin, üretim oranları ile sonuçlandırma oranları ile ilgili olarak).
Sonuç: Ultimate Sürdürülebilirlik için bir köprü?
Hızlı yetiştirici reaktörler tüm nükleer enerji zorlukları için sihirli bir mermi değildir, ancak yüksek seviyeli atıkların süresini dramatik bir şekilde iyileştirmek için en teknik olarak olgun seçenektir.Uranium-238'de enerjiyi açarak, şu anda ne yakıta harcandığını, büyüklüğüne göre daha iyi kaynak üssünü genişletirler.
Ana engeller ekonomik ve kurumsal olarak kalır. Yüksek sermaye maliyetleri, doğru politika desteği ile yeniden işleme ihtiyacı ve proliferasyon endişeleri Rusya ve Hindistan dışındaki bir taramaya yavaş yavaşladı.Ancak uranyum fiyatları kaçınılmaz olarak yükselerek, FBR'lerin doğal verimliliğini artırmak, doğru politika desteği ile ve devam eden mühendislik ilerlemesiyle, hızlı yetiştirici reaktörler sonunda küresel nükleer yakıt döngüsünü sürdürülebilir bir döngüye dönüştürebiliyorlar.