Jump to content

Реактор на бегущей волне

Численное моделирование TWR. Красный: уран-238, светло-зеленый: плутоний-239, черный: продукты деления. Интенсивность синего цвета между плитками указывает на плотность нейтронов.

Реактор бегущей волны ( TWR ) — это предлагаемый тип ядерного реактора деления , который может превращать воспроизводящий материал в пригодное для использования топливо посредством ядерной трансмутации в тандеме с выгоранием делящегося материала. TWR отличаются от других типов на быстрых нейтронах и реакторов реакторов-размножителей своей способностью эффективно использовать топливо без урана обогащения или переработки . [ сомнительно обсудить ] вместо этого напрямую используют обедненный уран , природный уран , торий , отработанное топливо , удаленное из легководных реакторов , или некоторую комбинацию этих материалов. Концепция все еще находится на стадии разработки, и TWR еще не были построены.

Название относится к тому факту, что деление остается ограниченным пограничной зоной в активной зоне реактора, которая медленно продвигается с течением времени. Теоретически TWR могут работать автономно в течение десятилетий без дозаправки и удаления отработавшего топлива.

Реакторы на бегущей волне были впервые предложены в 1950-х годах и периодически изучались. Концепция реактора, который мог бы воспроизводить собственное топливо внутри активной зоны реактора, была первоначально предложена и изучена в 1958 году Савелием Моисеевичем Фейнбергом , который назвал ее реактором «размножения и сжигания». [1] Майкл Дрисколл опубликовал дальнейшее исследование этой концепции в 1979 году. [2] как и Лев Феоктистов в 1988 году, [3] Эдвард Теллер / Лоуэлл Вуд в 1995 году [4] Хьюго ван Дам в 2000 году [5] и Хироши Сэкимото в 2001 году. [6]

TWR обсуждался на симпозиумах по инновационным ядерно-энергетическим системам (INES) в 2004, 2006 и 2010 годах в Японии, где он назывался реактором «СВЕЧА», аббревиатурой от постоянной осевой формы потока нейтронов, плотности нуклидов и формы мощности в течение срока службы энергии. производство . [7] В 2010 году Попа-Симил обсуждал случай микрогетероструктур. [8] более подробно описано в статье «Размножение плутония в микрогетероструктурах улучшает топливный цикл», описывающей TWR с глубоким выгоранием, усиленным плутонием. [9] топливные каналы и многократный поток топлива. В 2012 году было показано, что деление [10] волны представляют собой форму явления бистабильной реакции диффузии. [11] Также было показано, что волны деления могут быть стабильными, нестабильными или подвергаться бифуркации Хопфа в зависимости от тепловой обратной связи. [12] Было показано, что радиационные повреждения являются препятствием для использования обычных материалов в волновых реакторах, но в 2012 году было показано, что обогащение топлива можно использовать для уменьшения этой проблемы. [13] и это снова подтвердилось в 2019 году. [14]

Ни один TWR еще не был построен, но в 2006 году Intellectual Ventures запустила дочернюю компанию под названием TerraPower для моделирования и коммерциализации рабочей конструкции такого реактора, который позже стал называться «реактором бегущей волны». TerraPower разработала конструкции TWR для объектов генерации низкой и средней (300 МВт), а также высокой мощности (~ 1000 МВт). [15] Билл Гейтс представил TerraPower в своем выступлении на TED в 2010 году . [16]

В 2010 году группа TerraPower подала заявку на патент EP 2324480 A1 после WO2010019199A1 «Охлаждение дефлаграционно-волнового реактора ядерного деления с тепловыми трубками». Заявление было признано отозванным в 2014 году. [17]

В сентябре 2015 года TerraPower и Китайская национальная ядерная корпорация (CNNC) подписали меморандум о взаимопонимании по совместной разработке TWR. TerraPower планировала построить демонстрационную установку TWR-P мощностью 600 МВт к 2018–2022 гг., а в конце 2020-х гг. – более крупные коммерческие электростанции мощностью 1150 МВт. [18] Однако в январе 2019 года было объявлено, что проект был заброшен из-за ограничений на передачу технологий, установленных администрацией Трампа . [19]

Реакторная физика

[ редактировать ]

Документы и презентации о TWR TerraPower [20] [21] [22] Опишите реактор бассейнового типа, охлаждаемый жидким натрием. Реактор питается в основном обедненным ураном-238 «воспроизводящим топливом», но для инициирования деления требуется небольшое количество обогащенного урана-235 или другого «делящегося топлива» . Некоторые из нейтронов быстрого спектра, образующихся в результате деления, поглощаются в результате захвата нейтронов соседним воспроизводящим топливом (т.е. неделящимся обедненным ураном), которое «размножается» в плутоний в результате ядерной реакции:

Первоначально активная зона загружается воспроизводящим материалом, при этом несколько стержней делящегося топлива сосредоточены в центральной области. После запуска реактора внутри активной зоны образуются четыре зоны: обедненная зона, содержащая в основном продукты деления и остатки топлива; зона деления, где происходит деление воспроизведенного топлива; зона воспроизводства, где делящийся материал создается путем захвата нейтронов; и свежая зона, содержащая непрореагировавший плодородный материал . Зона деления, вырабатывающая энергию, неуклонно продвигается через активную зону, эффективно поглощая воспроизводящий материал перед собой и оставляя отработанное топливо позади. Между тем, тепло, выделяющееся при делении, поглощается расплавленным натрием и впоследствии передается в водный контур замкнутого цикла, где электроэнергия вырабатывается паровыми турбинами. [21]

TWR используют лишь небольшое количество (~ 10%) обогащенного урана-235 или другого делящегося топлива для «инициирования» ядерной реакции. Остальная часть топлива состоит из природного или обедненного урана-238, который может непрерывно вырабатывать электроэнергию в течение 40 и более лет и в течение этого времени остается запечатанным в корпусе реактора. [22] TWR требуют значительно меньше топлива на киловатт-час электроэнергии, чем легководные реакторы TWR (LWR), из-за более высокого выгорания топлива, плотности энергии и теплового КПД . TWR также выполняет большую часть переработки внутри активной зоны реактора. Отработанное топливо может быть переработано после простой «очистки расплава» без химического выделения плутония, которое требуется для других типов реакторов-размножителей. Эти особенности значительно сокращают объемы топлива и отходов, одновременно повышая устойчивость к распространению. [21]

Обедненный уран широко доступен в качестве сырья. Запасы в Соединенных Штатах в настоящее время содержат около 700 000 метрических тонн, что является побочным продуктом процесса обогащения . [23] По оценкам TerraPower, одни только запасы обогатительного предприятия в Падьюке представляют собой энергетический ресурс, эквивалентный электроэнергии на сумму 100 триллионов долларов. [22] TerraPower также подсчитала, что широкое развертывание TWR может позволить прогнозируемым глобальным запасам обедненного урана обеспечить 80% мирового населения при уровне потребления энергии на душу населения в США в течение более чем тысячелетия. [24]

В принципе, TWR способны сжигать отработавшее топливо LWR, которое в настоящее время выбрасывается как радиоактивные отходы. Отработанное топливо LWR в основном представляет собой низкообогащенный уран (НОУ), и в спектре быстрых нейтронов TWR сечение поглощения нейтронов продуктами деления на несколько порядков меньше, чем в спектре тепловых нейтронов LWR. Хотя такой подход действительно может привести к общему сокращению запасов ядерных отходов, для реализации этого потенциала необходимы дополнительные технические разработки.

TWR также в принципе способны повторно использовать собственное топливо. За каждый рабочий цикл только 20–35% топлива переходит в непригодную для использования форму; оставшийся металл представляет собой пригодный к использованию расщепляющийся материал. Это переработанное топливо, переработанное и переработанное в новые движущие таблетки без химического разделения, можно использовать для инициирования деления в последующих циклах работы, тем самым полностью устраняя необходимость обогащения урана.

Концепция TWR не ограничивается сжиганием урана с плутонием-239 в качестве «инициатора» в 238 В- 239 Цикл Pu, но также может сжигать торий с ураном-233 в качестве «инициатора» в 232 Ч– 233 У цикл. [25]

Бегущая волна против стоячей волны

[ редактировать ]

Волна породного горения в конструкции TWR компании TerraPower не перемещается от одного конца реактора к другому. [26] но постепенно от центра наружу. Более того, поскольку состав топлива меняется в результате ядерной трансмутации, топливные стержни постоянно перетасовываются внутри активной зоны, чтобы с течением времени оптимизировать поток нейтронов и использование топлива. Таким образом, вместо того, чтобы позволить волне распространяться через топливо, само топливо перемещается через практически стационарную волну горения. Это противоречит сообщениям многих СМИ. [27] которые популяризировали концепцию реактора, напоминающего свечу, с областью горения, перемещающейся по длине топливной секции. Однако, заменяя статическую конфигурацию ядра активно управляемой «стоячей волной» или « солитоном », конструкция TerraPower позволяет избежать проблемы охлаждения движущейся области горения. В этом сценарии реконфигурация топливных стержней осуществляется удаленно с помощью роботизированных устройств; защитная оболочка остается закрытой во время процедуры без простоев.

  1. ^ С.М. Файнберг, «Комментарий к обсуждению», Rec. из учеб. Сессия B-10, ICPUAE, Организация Объединенных Наций, Женева, Швейцария (1958 год).
  2. ^ М. Дж. Дрисколл, Б. Атефи, Д. Д. Лэннинг, «Оценка концепции быстрого реактора с размножением / горением», MITNE-229 (декабрь 1979 г.).
  3. ^ Л.П. Феоктистов, "Анализ концепции физически безопасного реактора", Препринт ИАЭ-4605/4, на русском языке, (1988).
  4. ^ Э. Теллер, М. Исикава и Л. Вуд, « Полностью автоматизированные ядерные реакторы для длительной эксплуатации» (Часть I) , Proc. симпозиума «Границы физики» , Американское физическое общество и Техасское собрание Американской ассоциации преподавателей физики, Лаббок, Техас, США (1995); Эдвард Теллер, Мюриэль Исикава, Лоуэлл Вуд, Родерик Хайд, Джон Наколлс, « Полностью автоматизированные ядерные реакторы для долгосрочной эксплуатации II: к точечному проектированию на концептуальном уровне высокотемпературной системы центральной электростанции с газовым охлаждением (часть) II) », Учеб. Межд. Конф. Новые системы ядерной энергетики, ICENES'96, Обнинск, Россия (1996) UCRL-JC-122708-RT2.
  5. ^ Х. ван Дам, «Самостабилизирующийся реактор с волной критичности», Proc. О Десятой Международной конференции по новым ядерно-энергетическим системам (ICENES 2000) , с. 188, NRG, Петтен, Нидерланды (2000).
  6. ^ Х. Сэкимото, К. Рю и Ю. Ёсимура, «СВЕЧА: Новая стратегия выгорания», Nuclear Science and Engineering , 139, 1–12 (2001).
  7. ^ как предложено Сэкимото в 2001 и 2005 годах, опубликовано в журнале Progress in Nuclear Energy.
  8. ^ «Усовершенствованный ядерный реактор от фантастики к реальности», Попа-Симил, опубликовано в материалах INES-3.
  9. ^ Л. Попа_Симиль, Ливиу. «Будущее плутония. Размножение плутония в микрогетероструктурах улучшает топливный цикл» . Фьючерсы на плутоний 2010 . Архивировано из оригинала 21 января 2020 г. Проверено 06 марта 2018 г.
  10. ^ Л. Попа-Симиль. «Усовершенствованный реактор сингулярной волны для поверхностной энергетики» .
  11. ^ А.Г. Осборн, Г.Д. Ректенвальд, М.Р. Дейнерт, «Распространение уединенной волны деления», Chaos, 22, 0231480 (2012).
  12. ^ Осборн, Эндрю Г.; Дейнерт, Марк Р. (октябрь 2021 г.). «Неустойчивость стабильности и бифуркация Хопфа в волнах деления» . Отчеты о клетках Физические науки . 2 (10): 100588. Бибкод : 2021CRPS....200588O . дои : 10.1016/j.xcrp.2021.100588 .
  13. ^ Осборн, А.Г., М.Р. Дейнерт (2012): Снижение нейтронного повреждения в реакторе на бегущей волне. Proceedings of Physor 2012 , Ноксвилл, Теннесси, 15–20 апреля 2012 г.
  14. ^ Кеклер, Крис; Фратони, Массимилиано; Гринспен, Эхуд (01 ноября 2020 г.). «Анализ чувствительности и неопределенности нейтронного спектра и DPA в активной зоне B&B» . Ядерная наука и инженерия . 194 (11): 1079–1088. Бибкод : 2020NSE...194.1079K . дои : 10.1080/00295639.2020.1715688 . ISSN   0029-5639 . S2CID   214281608 .
  15. ^ К. Уивер, К. Альфельд, Дж. Гиллеланд, К. Уитмер и Г. Циммерман, «Расширение ядерного топливного цикла с помощью реакторов на бегущей волне», статья 9294, Proceedings of Global 2009 , Париж, Франция, 6–11 сентября. , (2009).
  16. ^ Билл Гейтс . Инновации до нуля! . ТЭД . Проверено 13 июля 2010 г.
  17. ^ Охлаждение волнового реактора дефлаграции ядерного деления с тепловыми трубками , получено 14 октября 2015 г.
  18. ^ Мировые ядерные новости http://www.world-nuclear-news.org/NN-TerraPower-CNNC-team-up-on-travelling-wave-reactor-25091501.html
  19. ^ Сюэван, Чен; Елин, Мо; Тан, Джейсон; Цзивэй, Тао (5 января 2019 г.). «Испытание ядерной энергии в Китае «не продолжится» » . Кайсинь .
  20. ^ Р. Михал и Э.М. Блейк, «Джон Гиллеланд: О реакторе бегущей волны», Nuclear News , стр. 30–32, сентябрь (2009 г.).
  21. ^ Перейти обратно: а б с Уолд, М. (24 февраля 2009 г.). «10 новых технологий 2009 года: реактор на бегущей волне» . Обзор технологий Массачусетского технологического института . Архивировано из оригинала 16 марта 2014 года . Проверено 12 апреля 2018 г.
  22. ^ Перейти обратно: а б с Гиллеланд, Джон (20 апреля 2009 г.). ООО «ТерраПауэр» Ядерная инициатива . Калифорнийский университет в Беркли, весенний коллоквиум. Архивировано из оригинала 31 июля 2009 года . Проверено 12 апреля 2018 г.
  23. ^ Министерство энергетики США, «Исчерпанные UF 6 запасы и места хранения ». Архивировано 27 августа 2009 г. в Wayback Machine . По состоянию на октябрь 2009 г.
  24. ^ Л. Вуд, Т. Эллис, Н. Мирволд и Р. Петроски, «Исследование нового мира итальянского мореплавателя: на пути к экономическим, полномасштабным, низкоуглеродным, удобно доступным, устойчивым к распространению возобновляемым источникам энергии», 42-я сессия международных семинаров по чрезвычайным ситуациям на планете, Эриче, Италия, 190–24 август (2009 г.).
  25. ^ Русов, В.Д.; Линник, Е.П.; Тарасов В.А.; Зеленцова, Т.Н.; Шарф, IV; Ващенко В.Н.; Косенко С.И.; Бегларян, М.Э.; Чернеженко С.А.; Молчиниколов П.А.; Сауленко С.И.; Бегунова, О.А. (2011). «Реактор с бегущей волной и условия существования солитоноподобной волны ядерного горения в нейтронно-размножающих средах» . Энергии . 4 (12): 1337. дои : 10.3390/en4091337 .
  26. ^ Т. Эллис; Р. Петроски; П. Хейзлар; Г. Циммерман; Д. МакЭлис; К. Уитмер; Н. Туран; Дж. Хейзлар; К. Уивер; Дж. Уолтер; Дж. МакВиртер; К. Альфельд; Т. Берк; А. Одедра; Р. Хайд; Дж. Гиллеланд; Ю. Исикава; Л. Вуд; Н. Мирволд; У. Гейтс III (14 июня 2010 г.). Реакторы на бегущей волне: по-настоящему устойчивый и полномасштабный ресурс для удовлетворения глобальных энергетических потребностей (PDF) . Летнее собрание Американского ядерного общества . Проверено 12 апреля 2018 г.
  27. ^ М. Вальд (14 июня 2010 г.). «Разработчик нового реактора выиграл вливание в 35 миллионов долларов» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 15 июня 2010 г.

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: d780483291c9deaf90143dfbfd4022b2__1717857240
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/d7/b2/d780483291c9deaf90143dfbfd4022b2.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Traveling wave reactor - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)