Hurtig neutronreaktor

En hurtig neutronreaktor  er en atomreaktor i hvis kerne der ikke er nogen neutronmoderatorer , og neutronspektret er tæt på energien fra fissionsneutroner (~ 10 5  eV ). Neutroner af disse energier kaldes hurtige, deraf navnet på denne type reaktor.

En hurtig neutronreaktor gør det muligt at omdanne brugt atombrændsel til nyt brændsel til atomkraftværker, der danner en lukket cyklus for forbrug af atombrændsel , og tillader i stedet for de aktuelt tilgængelige 3% at bruge omkring 30% af potentialet for nukleart brændsel, som vil sikre udsigten til atomenergi i årtusinder.

Historie

De første forsknings- og industrielle hurtige neutronreaktorer blev designet og med succes sat i drift i Sovjetunionen , og i øjeblikket har Rusland en teknologisk prioritet i deres udvikling og drift, hvilket åbner op for næsten ubegrænsede muligheder for at udnytte energipotentialet i nukleart brændsel, herunder atomkraftværksaffald og plutonium af våbenkvalitet.

Rusland indtager den første plads i verden i udviklingen af ​​teknologier til konstruktion af sådanne reaktorer, selvom mange udviklede lande har gjort dette siden 1950'erne. Den første kraftenhed med en hurtig neutronreaktor BN-350 blev lanceret i USSR i 1973 og arbejdede i Aktau indtil 1999. Den anden kraftenhed blev installeret på Beloyarsk NPP i 1980 ( BN-600 ) og har fungeret uafbrudt den dag i dag; i 2010 blev dens levetid forlænget med 10 år [1] . Samme sted blev en ny generation af reaktor BN-800 den 10. december 2015 sat i drift .

Sådan virker det

På grund af det lille fissionstværsnit på 235 U af hurtige neutroner, for at opretholde en kædereaktion , er det nødvendigt at opretholde meget højere neutronfeltstyrker sammenlignet med termiske neutronreaktorer . På grund af stigningen i neutronstrømme er en meget større del af 238 U involveret i processen med omdannelse til plutonium , hvilket betydeligt udvider brændstofbasen i denne type reaktor.

Der bør ikke være nogen effektive neutronmoderatorer i reaktorkernen, først og fremmest er stoffer med lette kerner som brint grundlæggende uacceptable . Derfor kan vand og kulbrinter ikke bruges i reaktorkølesystemet. Dette krav tvinger brugen af ​​lavtsmeltende metaller, såsom kviksølv, natrium, bly, som kølemiddel. Kviksølv blev hurtigt forladt på grund af dets høje korrosivitet. I dag er der udviklet reaktorer med natrium, bly-vismut og blykølemidler .

Fissionstværsnittet i hurtigenergiområdet overstiger ikke 2 stald . For at udføre en kædereaktion på hurtige neutroner kræves derfor en relativt høj specifik tæthed af fissilt materiale i kernen sammenlignet med termiske neutronreaktorer . Dette tvinger brugen af ​​specielle designløsninger, såsom neutronreflektorer og brændstof med høj densitet, som øger omkostningerne ved konstruktion og drift. Strålingsbelastninger på strukturelle materialer er også meget højere end i termiske neutronreaktorer.

Sammenlignet med den almindelige termiske reaktor har hurtige neutronreaktorer en række fordele med hensyn til sikkerhed: der er intet højt tryk i reaktoren, der er praktisk talt ingen risiko for tab af kølevæske på grund af kogning, der er ingen risiko for damp-zirconium reaktion , som blev en af ​​årsagerne til eksplosioner ved Fukushima NPP . På den anden side reagerer den populære natriumkølevæske voldsomt med vand og brænder i luften, hvilket gør enhver lækageulykke sværere. Derfor blev der efter 3 års drift af den eneste natriumkølede ubåd USS Seawolf (SSN-575) draget negative konklusioner om anvendeligheden af ​​denne type reaktor i ubådsflåden, reaktoren på selve ubåden blev erstattet med en vandkølet , og det natriumkølede design blev ikke længere brugt i den amerikanske flåde, og den sovjetiske flåde blev slet ikke brugt. USSR-flåden var bevæbnet med serielle atomubåde med en bly-bismut-kølevæskereaktor - projekt 705 (K) "Lira" i mængden af ​​7 enheder, men nu er de også blevet dekommissioneret.

Den største fordel ved denne type reaktor er evnen til at involvere materialer som uran-238 og thorium -232 i brændselskredsløbet. Dette udvider atomkraftens brændstofbase betydeligt. Derudover gør disse reaktorer det muligt relativt sikkert at slippe af med de mest aktive og langlivede isotoper i brugt nukleart brændsel , hvilket fundamentalt reducerer dets biologiske fare.

I september 2016 testede russiske atomforskere med succes ved fuld kapacitet en ny og mest kraftfuld kraftenhed i verden med en hurtig neutronreaktor - BN-800 fra Beloyarsk NPP . Sammen med produktionen af ​​MOX-brændstof , der blev lanceret et år tidligere, blev Rusland førende i overgangen til en lukket cyklus af brug af atombrændsel, som vil give menneskeheden mulighed for at opnå en næsten uudtømmelig energiressource gennem genanvendelse af atomaffald, siden konventionel atomkraft værker bruger kun 3 % af energipotentialet i nukleart brændsel [1] .

Hurtige neutronforskningsreaktorer

Industrielle hurtige neutronreaktorer

Kommercielle designs til hurtige neutronreaktorer har en tendens til at bruge flydende metalkølede designs . Normalt er det enten flydende natrium eller en eutektisk legering (mere præcist en flydende blanding) af bly og vismut . Saltsmeltninger ( uranfluorider ) blev også betragtet som kølemidler , men deres anvendelse blev anerkendt som ulovende.

USSR's og Ruslands prioritet

Eksperimentelle hurtige neutronreaktorer dukkede op i 1950'erne. I 1960'erne og 1980'erne blev arbejdet med at skabe industrielle hurtige neutronreaktorer aktivt udført i USSR , USA og en række europæiske lande. Den første industrielle kraftenhed med en BN-350 hurtig neutronreaktor blev lanceret i USSR i 1973, den anden kraftenhed blev installeret på Beloyarsk NPP i 1980 ( BN-600 ). Efter lukningen af ​​den franske hurtige natriumreaktor " Phoenix " (Phénix) i 2009, forblev Rusland det eneste land i verden med hurtige kraftreaktorer i drift: BN-600 i den 3. kraftenhed i Beloyarsk NPP [2] [3] og BN-800 i den 4. m kraftenhed af Beloyarsk NPP [4] . Sidstnævnte blev lanceret den 10. december 2015, gik i kommerciel drift i 2016, og i 2018 begyndte den at bruge seriel MOX-brændstof produceret på Rosatom Mining and Chemical Plant [5] .

BN-800- reaktoren bruges til at teste en række teknologier til at lukke det nukleare brændselskredsløb ved hjælp af "hurtige" reaktorer, der løser problemet med bortskaffelse af brugt nukleart brændsel . Rusland skaber en to-komponent atomkraftindustri, som vil omfatte termiske og hurtige neutronreaktorer, som vil udvide brændstofbasen for det fredelige atom betydeligt og samtidig reducere mængden af ​​radioaktivt affald på grund af "udbrændingen" af farlige radionuklider. Enhed nr. 4 af Beloyarsk NPP er blevet en prototype af mere kraftfulde kommercielle "hurtige" kraftenheder BN-1200, hvis konstruktion er planlagt i 2030'erne [5] .

Asiatiske eksperimenter

Asiatiske lande ( Indien , Japan , Kina , Sydkorea ) viser interesse i denne retning . I Indien er en demonstrationshurtig natriumreaktor PFBR-500 med en kapacitet på 500 MW(e) under opførelse, hvis opstart var planlagt til 2014 [6] , men pr. 1. juli 2017 var reaktoren ikke startede [7] . I næste fase planlægger Indien at bygge en lille serie af fire hurtige reaktorer med samme kapacitet.

Den 8. maj 2010, i Japan, efter en fjorten års pause forårsaget af en brand i 1995, da 640 kg metallisk natrium lækkede, blev Monju-reaktoren bragt i kritisk tilstand for første gang . Opstarts- og tilpasningsarbejde for at sætte det i drift, hvoraf en del var en række eksperimentelle reaktorudgange til et minimumskontrolleret niveau, var planlagt afsluttet i 2013 . Men i august 2010, under arbejdet med tankning, brød en knude på brændstoftankningssystemet ind i reaktorbeholderen - et 12 meter metalrør, der vejede 3,3 tons, som sank i natrium. Næsten med det samme blev det meddelt, at fortsættelsen af ​​tilpasningsarbejdet, og dermed lanceringen, blev udskudt i 1-1,5 år [8] [9] [10] [11] [12] . Den 27. juni 2011 blev den sunkne del genvundet fra Monju-reaktoren. For at udtrække delen var specialister nødt til at skille den øverste del af reaktoren ad. Selve løftet af den tre tons tunge struktur til overfladen tog otte timer [13] . I flere år var udsigterne for "Monju" vage, finansiering blev ikke tildelt [14] . I december 2016 besluttede den japanske regering at nedlægge Monju-atomkraftværket fuldstændigt. I 2022 er det planlagt at fjerne brændslet fra reaktoren og i 2047 at færdiggøre dens adskillelse [15] [16] .

Reaktorer med kviksølvkølevæske

• Rusland/ USSR
  • BR-2 IPPE , Obninsk , 1956

Kviksølv så oprindeligt ud til at være et lovende kølemiddel. Det er et tungmetal og bremser derfor ikke neutronerne godt . Spektret af en sådan reaktor er meget hurtigt, og avlsforholdet er højt. Kviksølv  er en væske ved stuetemperatur, hvilket forenkler designet (der er ikke nødvendigt at opvarme flydende metalkredsløbet til opstart), desuden var det planlagt at lede kviksølvdamp direkte ind i turbinen, hvilket garanterede en meget høj effektivitet ved en relativt lav temperatur. BR-2-reaktoren med en termisk effekt på 100 kW blev bygget til at behandle kviksølvkølevæsken. Reaktoren kørte dog i mindre end et år. Den største ulempe ved kviksølv var dets høje ætsende aktivitet. I fem måneder opløste kviksølv bogstaveligt talt det første kredsløb af reaktoren, lækager opstod konstant. Andre ulemper ved kviksølv er: toksicitet, høje omkostninger, højt energiforbrug til pumpning. Som et resultat blev kviksølv anerkendt som et økonomisk urentabelt kølemiddel.

Et unikt træk ved BR-2 var også valget af brændstof - metallisk plutonium (en legering af σ-fase plutonium med gallium). Uran blev kun brugt i reproduktionszonen. [17] [18]

Liste over reaktorer

Hurtige reaktorer under opbygning og projekterede

Se også

• Opdrætter reaktor
• Termisk neutronreaktor
• Omrejsende bølgereaktor
• MOX brændstof

Noter

1. ↑ 1 2 Rusland tager de næste skridt for at skifte til en lukket nuklear brændselscyklus . Rosatoms officielle hjemmeside . www.rosatominternational.com (29. november 2016). Hentet 17. december 2019. Arkiveret fra originalen 17. december 2019. (ubestemt)
2. ↑ :: Atombrændsel til BN-600-reaktoren (utilgængeligt link) . Hentet 23. juni 2010. Arkiveret fra originalen 14. marts 2010. (ubestemt) 
3. ↑ Rosatom State Corporation "Rosatom" atomteknologier atomkraft atomkraftværker nuklear medicin . Hentet 23. juni 2010. Arkiveret fra originalen 14. juni 2010. (ubestemt)
4. ↑ BN-800 reaktor lanceret . mining24.ru Hentet 23. december 2015. Arkiveret fra originalen 23. december 2015. (Russisk)
5. ↑ 1 2 Ekspert: Rosatom har taget et skridt i retning af at mestre fremtidens energiteknologier . RIA Novosti (27. august 2019). Hentet 17. december 2019. Arkiveret fra originalen 3. december 2019. (Russisk)
6. ↑ Fysisk lancering af PFBR-500 finder sted i september 2014 . ATOMINFO.RU (28. juli 2013). Hentet 15. juni 2014. Arkiveret fra originalen 11. september 2013. (ubestemt)
7. ↑ PFBR-500-lanceringen udskudt på ubestemt tid . ATOMINFO.RU (1. juli 2017). Hentet: 1. juli 2017. (ubestemt)
8. ↑ Monju kom ud på 0,03 % af par . AtomInfo.Ru (9. maj 2010). Dato for adgang: 30. januar 2011. Arkiveret fra originalen 24. april 2013. (ubestemt)
9. ↑ En af knudepunkterne i brændstoftankningssystemet kollapsede inde i Monju-reaktorfartøjet . AtomInfo.Ru (30. august 2010). Dato for adgang: 30. januar 2011. Arkiveret fra originalen den 3. juli 2011. (ubestemt)
10. ↑ Fotografier og diagram af hændelsen den 26. august på Monju-atomkraftværket offentliggjort i Japan . AtomInfo.Ru (11. september 2010). Dato for adgang: 30. januar 2011. Arkiveret fra originalen 1. december 2012. (ubestemt)
11. ↑ Det er ikke muligt at trække røret ud af Monju-skroget ved hjælp af konventionelle metoder . AtomInfo.Ru (10. november 2010). Dato for adgang: 30. januar 2011. Arkiveret fra originalen 2. august 2011. (ubestemt)
12. ↑ Japanerne designer en anordning til at løfte et ødelagt rør i Monju . AtomInfo.Ru (8. februar 2011). Dato for adgang: 30. januar 2011. Arkiveret fra originalen 24. april 2013. (ubestemt)
13. ↑ Specialister fandt en tre tons del fra Monju-reaktoren i Japan, som faldt der i 2010 . AtomInfo.Ru (27. juni 2011). Arkiveret fra originalen den 24. april 2013. (ubestemt)
14. ↑ Pilotlancering af Monju-reaktoren i Japan afholdes først i foråret 2013 | Økonomisk faktor | Økologi
15. ↑ Japan indrømmede umuligheden af ​​at opsende et atomkraftværk med en hurtig neutronreaktor . Arkiveret fra originalen den 8. januar 2017. Hentet 7. januar 2017.
16. ↑ Monju prototypereaktor, engang et nøglehjul i Japans atomenergipolitik, skal skrottes  , The Japan Times Online  (21. december 2016). Arkiveret fra originalen den 7. januar 2017. Hentet 7. januar 2017.
17. ↑ Lev Kochetkov: fra kviksølv til natrium, fra BR-1 til BN-600 . Dato for adgang: 29. juli 2012. Arkiveret fra originalen 24. april 2013. (ubestemt)
18. ↑ Yuri Bagdasarov: om legender, kviksølv og natrium . Hentet 29. juli 2012. Arkiveret fra originalen 11. juni 2012. (ubestemt)
19. ↑ Hurtigt neutronkernekraftværk skal lukkes permanent i Japan . Termiske kraftværker og atomkraftværker (10. februar 2014). Hentet 24. oktober 2016. Arkiveret fra originalen 25. oktober 2016. (ubestemt)

Litteratur

• Levin VE Kernefysik og atomreaktorer. 4. udg. — M.: Atomizdat , 1979.
• Petunin V.P. Termisk energiteknik af nukleare installationer M.: Atomizdat , 1960.
• Klimov A. N. Kernefysik og atomreaktorer. 2. udg. Moskva: Energoatomizdat , 1985.

Links

• Hurtige neutronreaktorer // WNA, 2013-03-15
• TRENDS OG UDVIKLING FOR HURTIGE NEUTRONREAKTORER OG RELATEREDE BRÆNDSTOFCYKLER // IAEA, 2013

Ordbøger og encyklopædier	Britannica (online)
I bibliografiske kataloger	BNF : 11981271t J9U : 987007567828705171 LCCN : sh85047399 NDL : 01182440