Nhu cầu toàn cầu về năng lượng bền vững và hiệu quả đã ngày càng tăng hướng sự chú ý đến các lò phản ứng hạt nhân, đặc biệt là các công nghệ lò phản ứng tiên tiến hứa hẹn sẽ giải quyết các mối lo ngại về chất thải và nguồn lực. trong số đó, những thiết bị phản ứng nước nhanh, áp suất cao (PWRs) - một loại bao gồm các lò phản ứng nhanh làm lạnh và hoạt động nhanh bằng chì, đôi khi được gọi là các lò phản ứng nhanh -- cùng nhau để đóng lại vòng tuần hoàn năng lượng hạt nhân. bài này khám phá cách thức PWR hoạt động nhanh của công nghệ PWR, tại sao đóng cửa chu kỳ nhiên liệu, và những gì còn lại để đạt được để hoạt động rộng rãi.

Hiểu các phản ứng PWR nhanh

Các lò phản ứng hạt nhân truyền thống đang hoạt động ngày nay -- tương phản với các lò phản ứng nước ánh sáng (LWRs) sử dụng các nơ-ron nhiệt (được giảm xuống bởi các máy tạo ra như nước) để duy trì sự phân hạch của uranium-235.

Các lò phản ứng PWR nhanh (một thuật ngữ rộng hơn đôi khi được dùng cho các lò phản ứng nhanh dùng nước làm nước làm mát nhưng với quang phổ chất tương phản khó hơn, mặc dù chúng là những lò phản ứng nhanh với nhiều chất làm mát khác nhau) có thể “đốt cháy một loạt các đồng vị nhỏ hơn, bao gồm các chất phóng xạ 239 và các yếu tố biến đổi khác được sản sinh ra trong hoạt bình thường của lò phản ứng.

Thiết kế lõi của một lò phản ứng nhanh thì gọn hơn, sử dụng chất xơ có độ đông cao hơn. Chất làm mát - chất Natri lỏng, chì, hoặc chất gây cháy chì [FL: 1] [FL: 1] [FL:] [FL:] [FL:] [FL:] [FT] [FL:]] [K:] [K] [K]

Ý thức về việc đóng vòng nhiên liệu hạt nhân

Trong vòng tuần hoàn nhiên liệu hạt nhân hiện nay, nhiên liệu uranium được dùng một lần trong lò phản ứng, và nhiên liệu tiêu thụ được giữ vô thời hạn như chất thải.

Nhiên liệu hạt nhân được sử dụng bao gồm khoảng 95% uranium (phần lớn là uranium-238), 1% lượng uranium, 1% lượng Natri và 4% các sản phẩm phân hạch nhỏ. Trong một chu trình đóng kín, chất uranium và chất phóng xạ được tái tạo thành các nguyên tố nhiên liệu mới.

Những người ủng hộ cho rằng việc đóng lại chu trình nhiên liệu sẽ làm giảm đáng kể lượng và độc hại của chất thải cần thiết cho việc xử lý địa chất. Những sản phẩm còn lại, chủ yếu là phân hạch, có độ phân hạch phân hủy phân hủy phân rã thành mức nền trong vòng vài trăm năm thay vì hàng chục ngàn. [FLT: 0] [FLT: 0] [FLT: 1] [FLT:] [FLT:]]

Lợi thế của những người phản ứng PWR nhanh

  • Các lò phản ứng nhanh có thể sử dụng uranium-238 - đồng vị dư thừa tạo ra 99% lượng uranium tự nhiên - bằng cách chuyển đổi nó thành chất uranium-239 thông qua việc thu năng lượng từ uranium, hiệu quả nhân năng lượng từ uranium đã khai thác với một yếu tố là 60–100.
  • Bằng cách đốt các nguyên tố trong suốt, các lò phản ứng nhanh giảm mức độ phân hủy trong thời gian dài.
  • Kháng cự sự sống: :) Phương pháp xử lý lại cao cấp, như xử lý pyroction or gia đình UREX+, có thể được thiết kế để tránh phân chia nồng độ phóng xạ tinh khiết, thay vì đồng hóa với các động tác nhỏ để tạo ra một hỗn hợp ít hấp dẫn hơn cho sử dụng vũ khí. Tính năng này cải thiện sự kháng cự tăng trưởng so với việc xử lý lại PRORX phổ biến.
  • Sự bền vững về nguồn lực:) với khả năng sinh sản (phát triển nhiều nguyên liệu phân hạch hơn tiêu thụ, các lò phản ứng nhanh có thể tạo ra vòng tuần hoàn tự duy trì nhiên liệu tự không cần đến việc khai thác uranium mới trong nhiều thập kỷ.
  • Gánh nặng xử lý tái sử dụng:) Nguồn rác thải cuối cùng từ một chu kỳ đóng kín chứa hầu hết sản phẩm phân hạch, phân hủy trong vòng vài trăm năm. Điều này có thể đơn giản hóa thiết kế và giảm sự giám sát cần thiết cho việc tái sản xuất địa chất.

Những thử thách đang đối mặt với sự gia tăng PWR nhanh

Kỹ thuật và kỹ thuật viên gặp nhiều trở ngại

Điều khiển một lò phản ứng với chất nơ-ron nhanh có những thách thức đặc biệt. các chất hữu cơ cao có thể gây ra các vết nứt, sự tụ tụ lại và làm tăng độ đông của các hợp kim. chất làm mát đậu nành, trong khi truyền nhiệt rất tốt, có phản ứng hóa học với không khí và nước, cần hệ thống an toàn phức tạp để ngăn chặn rò rỉ và lửa. các thiết kế làm mát có hiệu quả phản ứng này nhưng đối mặt với các vấn đề với sự kết hợp và tan chảy cao hơn mà việc khởi động và tắt điện.

Việc xử lý lại công nghệ cho nhiên liệu lò phản ứng nhanh đòi hỏi nhiều hơn nhiên liệu LWR thông thường. Mức độ phóng xạ cao từ các hoạt động nhỏ cần thiết để bảo vệ các tế bào nóng và các thiết bị điều khiển từ xa.

Khả năng sinh tồn kinh tế

Các lò phản ứng nhanh có giá vốn cao hơn LWRs do các hệ thống phức tạp hơn, các vật liệu mới lạ, và nhu cầu về việc sản xuất nhiên liệu và xử lý lại các cơ sở. kinh tế chỉ trở nên thuận lợi khi giá u - ran tăng đáng kể hoặc khi giá của việc tiêu dùng chất thải được tiết kiệm được nội bộ giá hiện nay là u - ran - u - ran - ni và sự có sẵn của khí thiên nhiên rẻ ở nhiều thị trường khiến việc thanh toán đầu tư trước thị trường trở nên khó khăn để biện minh cho sự đầu tư trước mặt của thị trường.

Tuy nhiên, phân tích vòng đời cho thấy việc triển khai các lò phản ứng nhanh có thể giảm chi phí hệ thống bằng cách giảm số lượng các kho địa chất cần thiết và bằng cách mở rộng nguồn nhiên liệu.

Sự điều chỉnh và các yếu tố chính trị

Việc sử dụng lò phản ứng nhanh là một quá trình chậm vì nó liên quan đến một thiết kế mới mà không có lịch sử hoạt động rộng lớn. điều khiển đòi hỏi phải có sự an toàn dưới nhiều tình huống tai nạn, kể cả những trường hợp độc đáo về Natri hoặc các hệ thống làm mát chì. sự chấp nhận công cộng cũng là một trở ngại, đặc biệt liên quan đến việc xử lý lại và vận chuyển các vật liệu phóng xạ cao.

Cơ quan năng lượng nguyên tử (AEA) quốc tế đã phát triển những hướng dẫn để an toàn trong lò phản ứng nhanh, nhưng sự khác biệt quốc gia vẫn còn tiếp tục.

Tương lai tươi sáng và tiếp tục nghiên cứu

Chương trình và minh họa toàn cầu

Nga đang tích cực phát triển công nghệ lò phản ứng nhanh. Nga dẫn đầu với lò phản ứng BN-600 và BN-800 (sodium-domed) và đang xây dựng BRST-300 (đầu tiên là làm mát) tại các lò phản ứng hóa học Siberia. Ấn Độ điều hành FBTR và đang xây dựng một lò phản ứng mẫu sản xuất nhanh 500 MW. CEFR của Trung Quốc đã hoạt động, và Pháp đã có kinh nghiệm lâu với các lò phản ứng Phénix và Superphéx.

Vào năm 2016, vùng Monju của Nhật bị đóng cửa vĩnh viễn, nhưng các cuộc nghiên cứu vẫn tiếp tục tại JASA, Hoa Kỳ, trong khi hiện nay không hoạt động một lò phản ứng nhanh, thì dự án thử nghiệm chất đáp của Versatin (VTR) đã cung cấp khả năng phản ứng điện tử và vật liệu nhanh chóng để cung cấp nhiên liệu và nhiên liệu.

Những cải tiến về nhiên liệu và xử lý

Nhiên liệu cao cấp như hợp kim kim loại, nhiên liệu nit hóa, và nhiên liệu chứa nhiều chất kích thích (có hiệu suất cao) đang được điều tra để cải thiện hiệu suất, lề an toàn, và đốt cháy. Phân chia và chuyển đổi mục tiêu để phát triển quá trình phân biệt các động cơ nhỏ với hiệu suất cao và sau đó kết hợp chúng thành nhiên liệu cho các lò phản ứng nhanh.

Dự án MRHA ở Bỉ (một lò phản ứng nghiên cứu lai đa mục đích) và dự án ALLEGRO ở châu Âu là ví dụ về cơ sở quang phổ nhanh tiếp theo sẽ thử nghiệm vật liệu và nhiên liệu dưới điều kiện đại diện.

Hợp nhất với năng lượng mới

Các lò phản ứng nhanh thường được thiết kế cho hoạt động cơ bản, nhưng một số khái niệm kết hợp các khả năng tải trọng hay lưu trữ nhiệt để thay thế năng lượng tái tạo. Trong một hệ thống năng lượng tương lai, nơi mà các lò phản ứng nhanh có thể cung cấp điện ổn định, có thể điều khiển đồng thời xử lý chất thải hạt nhân từ các lò phản ứng hiện có.

Khả năng phản ứng nhanh với những con bọ nhỏ

Một số khởi động và tổ chức nghiên cứu đang khám phá lò phản ứng nhanh theo mô- đun nhỏ (SMFRs) với kết quả của 10–300 MW. Những tổ chức này sẽ được cấp nhà máy, giảm chi phí xây dựng công trình xây dựng và cho phép triển khai ở những vùng xa hoặc ứng dụng đặc biệt (v. d., tiến trình nhiệt cho việc sản xuất hydro). Ví dụ bao gồm OKlo Aurora với ống nóng và các nhà máy ở Tây (làm mát cho máy).

Kết luận

Tiềm năng của lò phản ứng PWR nhanh và các lò phản ứng nhanh nói chung để đóng lại chu trình nhiên liệu hạt nhân là rất đáng kể chúng cung cấp một con đường dẫn đến gần như không có chất thải năng lượng hạt nhân, với sự giảm đáng kể tính bền vững và nguồn cung cấp nhiên liệu bền vững hơn tuy nhiên, các thử thách kỹ thuật, kinh tế và điều chỉnh vẫn còn rất quan trọng tiếp tục đầu tư vào các lò phản ứng, các chu trình nhiên liệu tiên tiến và sự hợp tác quốc tế là thiết yếu để chuyển những công nghệ này từ thực tế thương mại sang thực tế

Nếu những thách thức này có thể vượt qua được, những lò phản ứng nhanh có thể biến năng lượng hạt nhân thành một nguồn năng lượng thấp và vô tận giải quyết vấn đề lãng phí thay vì làm nó mất đi.

1 Để biết thêm về vật lý lò phản ứng nhanh, xin xem [A Fast Maththththth Mapor Grition Portal .

2 Hiệp hội hạt nhân thế giới ).

Đọc thêm: Các ứng dụng tương ứng quốc tế IV IV – ) và ) các ứng dụng cao cấp [FLT: 3.