Чистый и экологически безопасный усовершенствованный реактор
| Претензии | Самоподдерживающееся деление уран-238 можно получить за счет нейтронов, замедлившихся паром |
|---|---|
Связанные дисциплины | |
| Предложенный год | 1998 |
| Сторонники | Клаудио Филиппоне |
Чистый и экологически безопасный усовершенствованный реактор (CAESAR) — это концепция ядерного реактора, созданная Клаудио Филиппоне, директором Центра перспективных энергетических концепций Университета Мэриленда в Колледж-Парке и главой текущего проекта CAESAR. Ключевым элементом концепции является использование пара в качестве замедлителя , что делает его типом водяного реактора с пониженным замедлением . Поскольку плотность пара можно контролировать очень точно, Филиппоне утверждает, что его можно использовать для точной настройки нейтронных потоков , чтобы гарантировать, что нейтроны движутся с оптимальным энергетическим профилем для разделения. 238
9292У
ядра – другими словами, вызывают деление .
Кажется, существует некоторое несоответствие между материалом «обзора СМИ» и техническими деталями:
- «сборка, содержащая только U-238 (или природный уран, или ядерные отходы) и расположенная рядом с существующим ядерным реактором, действующим как «стартер» CAESAR».
- это говорит о том, что U-238 является сырьем, используемым для производства делящегося Pu-239, который используется в активной зоне, как и любая концепция реактора-размножителя быстрых нейтронов. Однако нейтронно-физическое моделирование (и выгорание) CAESAR далеко не соответствует другим концепциям быстрых размножителей или тому, что потребуется в 2024 году.
В конструкции реактора CAESAR используется тот факт, что продукты деления и дочерние изотопы, образующиеся в результате ядерных реакций, также распадаются с образованием дополнительных запаздывающих нейтронов . Филиппоне утверждает, что в отличие от легких реакторов деления с водяным охлаждением, в которых деление происходит в обогащенных 235
В
твэлы, замедляемые жидкостно-водяным теплоносителем, в конечном итоге создают максвелловский профиль потока тепловых нейтронов , профиль энергии нейтронов от запаздывающих нейтронов широко варьируется. Он предполагает, что в обычном реакторе замедлитель замедляет эти нейтроны, чтобы они не могли способствовать 238
В
реакция; 238
В
имеет сравнительно большое сечение для нейтронов высоких энергий.
Филиппоне утверждает, что, когда в качестве замедлителя используется пар, средняя энергия нейтронов увеличивается по сравнению с энергией реактора с жидкостно-водным замедлителем, так что запаздывающие нейтроны сохраняются до тех пор, пока не столкнутся с другим ядром. Полученная в результате чрезвычайно высокая нейтронная экономия , утверждает он, позволит поддерживать самоподдерживающуюся реакцию в топливных стержнях из чистого топлива. 238
В
, как только реактор был запущен на обогащенном топливе.
Скептики [ ВОЗ? ] , однако отметим, что обычно считается, что контролируемая, устойчивая цепная реакция невозможна при 238
В
. Начиная с 1930-х годов физики использовали формулу шести факторов и ее производную формулу четырех факторов для расчета поведения цепных ядерных реакций внутри массы делящегося материала. [1] Основываясь на этих расчетах, даже бесконечно большая масса чистого урана-238 (или даже природного урана) не способна поддерживать цепную реакцию только за счет собственного производства нейтронов, поэтому охлаждаемое газом ядро быстрого спектра связывается с замедленным внешним медленным спектром. требуется нейтронная секция или, альтернативно, требуется некоторый уровень обогащения делящегося материала. [2] Он может подвергнуться делению при ударе энергичного нейтрона с более 1 МэВ кинетической энергией . Но нейтроны высоких энергий, производимые 238
В
деления (после быстрой потери энергии из-за неупругого рассеяния) сами по себе недостаточны, чтобы вызвать достаточное количество последовательных делений в 238
В
создать критическую систему (такую, в которой количество нейтронов, образующихся при делении, равно количеству поглощенных). Вместо этого бомбардировка 238
В
с нейтронами ниже порога деления 1 МэВ заставляет его поглощать их без деления (становясь 239
В
) и распад за счет бета-излучения до 239
Мог
(который сам по себе является делящимся ). [3] Энергия запаздывающих нейтронов настолько мала, что вклад в 238
В
деление составляет почти 0,0000, что требует некоторого количества делящегося материала для безопасного поддержания реактора в состоянии быстрой критичности : (например, 235
В
в природном уране и желательно еще и в каком-нибудь замедлителе, возможно, за пределами сверхбыстрого ядра).Максимальное соотношение 238
В
деление ограничено нейтронной физикой до уровня менее 100%, но более 40%, что позволяет даже при относительно низком коэффициенте конверсии 0,6 производить собственное топливо (без обогащения урана или плутония, производимого где-либо еще). На практике достижим коэффициент конверсии 0,6 (фактически он достигается даже в конструкциях легководных реакторов, которые тратят много нейтронов на бор, у которых есть лучшие альтернативы).
См. также
[ редактировать ]- Ядерное деление
- Физика ядерных реакторов
- Атомная энергетика
- Атомная электростанция
- Будущее развитие энергетики
- Усилитель энергии
- Ядерные отходы
- Сверхкритический водный реактор
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Формула шести факторов — эффективный коэффициент умножения | Nuclear-power.com» . Ядерная энергетика . Проверено 19 июня 2024 г.
- ^ «Уран-238 | Свойства и использование | Nuclear-power.com» . Ядерная энергетика . Проверено 19 июня 2024 г.
- ^ «21.4: Трансмутация и ядерная энергия» . 13 ноября 2018 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Проект чистого и экологически безопасного перспективного реактора (CAESAR)
- Да здравствует Цезарь Статья в журнале Economist
- Использование ядерных отходов в работе. Статья в журнале «Популярная механика» 1998 года, описывающая соответствующую конструкцию реактора (NPTRE), предложенную доктором Филиппоне.
- Второй Цезарь изменит ход истории? Статья из информационного бюллетеня Университета Мэриленда.
