Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из системы, управляемой ускорителем )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Докритическим реактор представляет собой деление ядерного реактора концепция , которая производит деление без достижения критичности . Вместо поддержания цепной реакции подкритический реактор использует дополнительные нейтроны из внешнего источника. Есть два основных класса таких устройств. В одном из них используются нейтроны, вырабатываемые термоядерной установкой, концепция, известная как гибрид синтеза и деления . Другой использует нейтроны, созданные в результате расщепления тяжелых ядер заряженными частицами, такими как протоны, ускоренные ускорителем частиц , концепция, известная как система, управляемая ускорителем (ADS) илиподкритический реактор с приводом от ускорителя .

Мотивация [ править ]

Подкритический реактор может использоваться для уничтожения тяжелых изотопов, содержащихся в отработанном топливе обычного ядерного реактора, при одновременном производстве электроэнергии. Долгоживущие трансурановые элементы в ядерных отходах могут быть в принципе делятся ' , высвобождая энергию в процессе , и оставляя позади продукты деления , которые короче-жили. Это значительно сократит время захоронения радиоактивных отходов . Однако некоторые изотопы имеют пороговые сечения деления и поэтому требуют быстрого реактора.для расщепления. Кроме того, они выделяют в среднем слишком мало новых нейтронов за одно деление, так что с топливом, содержащим их большую долю, критичность не может быть достигнута. Реактор, управляемый ускорителем, не зависит от этого параметра и, следовательно, может использовать эти нуклиды. Тремя наиболее важными долгоживущими радиоактивными изотопами, с которыми можно было бы успешно обращаться таким образом, являются нептуний-237 , америций-241 и америций-243 . Ядерное оружие материал плутоний-239 также подходит , хотя он может быть израсходованы в более дешевый способ в качестве топлива МОХ или внутри существующих реакторов на быстрых нейтронах .

Помимо сжигания ядерных отходов, есть интерес к этому типу реактора, потому что он считается безопасным по своей сути, в отличие от обычного реактора. [1] В большинстве типов критических реакторов существуют обстоятельства, при которых скорость деления может быстро увеличиваться, вызывая повреждение или разрушение реактора и позволяя улетучиться радиоактивному материалу (см. SL-1 или Чернобыльская катастрофа ). В подкритическом реакторе реакция прекратится, если не будет непрерывно подавать нейтроны из внешнего источника. Однако проблема выделения тепла даже после завершения цепной реакции остается, так что непрерывное охлаждение такого реактора в течение значительного периода после остановки остается жизненно важным для предотвращения перегрева.

Смотрите также: Торий и усилитель энергии

Принцип [ править ]

Большинство современных конструкций ADS предложить высокой интенсивности протонного ускорителя с энергией около 1 ГэВ , направленный в сторону скалывания источника нейтронов мишени или скалывания. Источник , расположенный в центре активной зоны реактора содержит жидкий металл , который подвергается воздействию пучка, таким образом , выпуская нейтроны и охлаждается посредством циркуляции жидкого металла , таких как свинец - висмута в стороне теплообменника. Ядро ядерного реактора , окружающий скалывания источник нейтронов содержит топливные стержни, топливо является предпочтительно торий . Таким образом, на каждый протон, пересекающий мишень откола, в среднем приходится 20 нейтронов.высвобождаются , который деление окружающей расщепляющейся части топлива и обогатить плодородную часть. Нейтронный баланс можно регулировать или даже отключать, регулируя мощность ускорителя, чтобы реактор был ниже критичности . Дополнительные нейтроны, обеспечиваемые источником нейтронов расщепления, обеспечивают такую ​​же степень контроля, как и запаздывающие нейтроны в обычном ядерном реакторе , с той разницей, что нейтроны, управляемые источником нейтронов расщепления, легко контролируются ускорителем. Главное преимущество - неотъемлемая безопасность . Обычный ядерный реактор «S ядерного топливаобладает саморегулирующимися свойствами, такими как эффект Доплера или эффект пустоты, что делает эти ядерные реакторы безопасными. В дополнение к этим физическим свойствам обычных реакторов в подкритическом реакторе всякий раз, когда выключается источник нейтронов, реакция деления прекращается, и остается только остаточное тепло.

Принцип работы реактора с ускорителем

Технические проблемы [ править ]

Необходимо преодолеть технические трудности, прежде чем ADS станет экономичным и в конечном итоге будет интегрировано в будущее управление ядерными отходами. Ускоритель должен обеспечивать высокую интенсивность, а также быть высоконадежным. Есть опасения по поводу окна, отделяющего протоны от мишени скола, которая, как ожидается, будет подвергаться нагрузкам в экстремальных условиях. Однако недавний опыт с жидкометаллическим источником нейтронов MEGAPIE, испытанным в Институте Пауля Шеррера , продемонстрировал рабочее окно пучка при интенсивном пучке протонов мощностью 0,78 МВт. Химическое разделение трансурановых элементов и производство топлива, а также конструкционных материалов являются важными вопросами. Наконец, отсутствие ядерных данных при высоких энергиях нейтронов ограничивает эффективность конструкции.

Некоторые лабораторные эксперименты и множество теоретических исследований продемонстрировали теоретическую возможность такой установки. Карло Руббиа , физик- ядерщик , лауреат Нобелевской премии и бывший директор ЦЕРН , был одним из первых, кто задумал проект подкритического реактора, так называемого « усилителя энергии ». В 2005 году в Европе и Японии реализуются несколько крупномасштабных проектов по дальнейшему развитию технологии подкритических реакторов. В 2012 году ученые и инженеры ЦЕРН создали Международный комитет по ториевой энергии (iThEC) [1] , который занимается достижением этой цели и организовал конференцию ThEC13 [2] по этой теме.

Экономика и общественное признание [ править ]

Подкритические реакторы были предложены как в качестве средства генерирования электрической энергии и как средство превращения из радиоактивных отходов , так что выигрыш в два раз. Однако ожидается, что затраты на строительство, безопасность и обслуживание таких сложных установок будут очень высокими, не говоря уже о количестве исследований, необходимых для разработки практического проекта (см. Выше). Существуют более дешевые и достаточно безопасные концепции обращения с отходами, такие как трансмутация в реакторах на быстрых нейтронах . Тем не менее, решение о подкритическом реакторе может быть одобрено для лучшего общественного признания.- считается более приемлемым сжигать отходы, чем закапывать сотни тысяч лет. Для будущего обращения с отходами несколько трансмутационных устройств могут быть интегрированы в крупномасштабную ядерную программу, что, как мы надеемся, лишь незначительно увеличит общие затраты.

Основная проблема, с которой сталкиваются операции разделения и трансмутации, - это необходимость вступить в ядерные циклы чрезвычайно большой продолжительности: около 200 лет. [3] Другим недостатком является образование большого количества среднеактивных долгоживущих радиоактивных отходов (САО), которые также потребуют глубокого геологического захоронения для безопасного обращения . Более позитивным аспектом является ожидаемое уменьшение размера хранилища, которое оценивается в 4-6 раз. Как положительные, так и отрицательные аспекты были изучены в международном сравнительном исследовании [4], которое координировалось Forschungszentrum Jülich и финансировалось Европейским союзом. Союз .

Подкритические гибридные системы [ править ]

Хотя изначально ADS была задумана как часть конструкции легководного реактора , были внесены и другие предложения, которые включают ADS в другие концепции реакторов поколения IV . [ необходима цитата ]

Одно из таких предложений призывает к быстрому реактору с газовым охлаждением , работающему в основном на плутонии и америции . Нейтронно-физические свойства америция затрудняют его использование в любом критическом реакторе, поскольку он имеет тенденцию делать температурный коэффициент замедлителя более положительным, снижая стабильность. Однако неотъемлемая безопасность ADS позволяет безопасно сжигать америций. Эти материалы также обладают хорошей нейтронной экономией, что позволяет иметь большое отношение шага к диаметру, что позволяет улучшить естественную циркуляцию и экономичность.

Мюонные системы для захоронения ядерных отходов [ править ]

Также разрабатываются подкритические методы утилизации ядерных отходов, которые не зависят от источников нейтронов. [5] К ним относятся системы, основанные на механизме захвата мюонов , в котором мюоны (μ - ), произведенные компактным источником, управляемым ускорителем, трансмутируют долгоживущие радиоактивные изотопы в стабильные изотопы. [6]

Естественный [ править ]

Обычно этот термин зарезервирован для искусственных систем, но естественные системы действительно существуют, любой природный ресурс расщепляющегося материала, просто подвергающийся ненадежно защищенному космическому и гамма-лучам ( даже от Солнца ), можно рассматривать как подкритические реакторы. Это включает запускаемые в космос спутники с радиоизотопным термоэлектрическим генератором, а также любые такие открытые резервуары.

См. Также [ править ]

  • Альтернативная энергетика
  • Расщепление космических лучей
  • Источник нейтронов отщепления
  • Источник нейтронов ISIS
  • Гибридный ядерный синтез

Ссылки [ править ]

Примечания
  1. ^ "IThec | Утилита сайта WordPress" .
  2. ^ «* Конференция по ториевой энергии 2013 (ThEC13) * Глобус науки и инноваций ЦЕРН, Женева, Швейцария» .
  3. ^ Baetslé, LH; Де Рэдт, гл. (1997). «Ограничения рециркуляции актинидов и последствия топливного цикла: глобальный анализ. Часть 1: Глобальный анализ топливного цикла». Ядерная инженерия и дизайн . 168 (1–3): 191–201. DOI : 10.1016 / S0029-5493 (96) 01374-X . ISSN 0029-5493 . 
  4. ^ http://juser.fz-juelich.de/record/1315/files/Energie%26Umwelt_15.pdf
  5. ↑ Мори Ю., Танигучи А., Курияма Ю., Уэсуги Т., Иши Ю., Муто М., Оно Ю., Окита Х., Сато А., Кинсё М., Мияке Ю., Ёсимото М. и Окабе К. (2018). «Интенсивная установка отрицательных мюонов с кольцом MERIT для ядерной трансмутации» . JPS Conf. Proc. , 011063 . Материалы 14-й Международной конференции по вращению, релаксации и резонансу спина мюонов (μSR2017). DOI : 10,7566 / JPSCP.21.011063 . ISBN 978-4-89027-130-6 - через Физическое общество Японии.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  6. ^ Nagamine, Kanetada (2016). «Метод утилизации ядерных отходов и его устройство с использованием мюонно-ядерной абсорбции (WO2016143144A1)» . Espacenet (патентная база данных) .
Источники
  • Информационный бюллетень Всемирной ядерной ассоциации
  • МИРРА (Бельгия)
  • GEM STAR Reactor, ADNA Corporation
  • Несколько авторов. "Подкритический реактор быстрой трансмутации с газовым охлаждением и источником термоядерных нейтронов", Nuclear Technology, Vol. 150, № 2, май 2005 г., стр. 162–188. URL: http://www.ans.org/pubs/journals/nt/va-150-2-162-188
  • Aker Solutions Электростанция с ториевым реактором с ускорительным приводом
  • Будущие ядерно-энергетические системы: производство электроэнергии, сжигание отходов ( МАГАТЭ )