Tenyésztői reaktor

Több, mint szőrszálhasadás
Nukleáris energia
Ikon nukleáris.svg
Ionizáló oldalak
  • Atomellenes mozgalom
  • Kampány a nukleáris leszerelésért
  • Gordon Edwards
  • Helen Caldicott
  • Krypton-85 és az éghajlatváltozás
  • Manhattan-projekt
  • Nukleáris energia
  • Atomenergia tagadás
  • Radiofóbia
  • Túl olcsó mérni
  • Sárga torta
  • Yucca-hegy

NAK NEK tenyésztő reaktor olyan atomreaktor, amely több hasadó anyagot hoz létre, mint amennyit elfogyaszt. A hasadóanyagok, például a nagy dúsítású urán vagy a plutónium kezdeti feltöltését és a termékeny anyagok, például a természetes urán utánpótlását igényli. kimerült uránium vagy tórium. Felesleg neutronok a hasadási reakcióban keletkezett termékeny izotóp felszívódik, amely hasadó izotóppá alakul.


A tenyésztő reaktorok az urán- és tóriumércekben lévő energia közel 100% -át képesek felhasználni, míg a jelenleg atomenergia generáció legfeljebb 1% -át használhatja fel. A meglévő reaktorokból származó hulladékot üzemanyagként is felhasználhatják, amíg a hasadási termékeken kívül semmi más nem marad. Mivel a termékeny anyagok mennyisége a Földön rendkívül nagy, a tenyészreaktorok bevezetése a hasadási alapú atomenergiát olyan technológiává változtatná, amely majdnem olyan hosszú ideig fenntartható, mint a napenergia, vagyis addig, amíg a Nap ki nem ég.

Tartalom

Tenyésztői reaktor üzemanyagciklusai

Két üzemanyag-ciklust vizsgáltak tenyésztő reaktorokkal történő használatra:


  • Urán-plutónium üzemanyagciklus . A termékeny anyag az urán-238, a természetes urán fő izotópja. A hasadó anyag az plutónium .
  • Tórium-urán üzemanyag-ciklus . A termékeny anyag a tórium-232, a tórium egyetlen természetes előfordulású izotópja. A hasadó anyag urán-233.

Mindkét ciklusnak vannak előnyei és hátrányai, különösen az alkalmazott reaktor típusától függően.

Gyors vs termikus tenyésztő reaktorok

Ha a hasadó atom egy neutron hatására felbomlik, több neutron szabadulhat fel. Ezen neutronok egy része további hasadási eseményeket okozhat. Ezen neutronok egy része eltalálhatja a tenyésztő üzemanyagot (például: U-238 és tórium), és átalakíthatja a hasadó üzemanyagba (például: Pu-239 és U-233). A felszabaduló neutronok általában gyors neutronok.

A gyorsreaktor olyan atomreaktor, amely nem használ moderátort - a neutronokat lassító anyagot. Egy hőreaktor moderátort használ a neutronok jelentős lassításához. Ezt nevezzük 'termikus' spektrumnak, neutronjait pedig 'termikus' neutronoknak. A leggyakoribb moderátor a víz, és a grafit is gyakori (A legtöbb grafit moderált reaktortervben gázt is használnak hélium vagy szén dioxid , mint hűtőfolyadék. Az egyik a maradékból tervez hogy a grafitot moderátorként és a vizet hűtőfolyadékként használják, további biztonsági rendszereket kellett felszerelni egy nagyon jó ok . Több ilyen kialakítású üzemet az építkezés során lemondtak.)



A gyors és termikus neutronok eltérő valószínűséggel hatnak az atomokra, és más a valószínűségük a hatásra, akár hasadási eseményt, akár más eseményt okoznak. Urán-235 könnyedén hasadnak el lassú (termikus) neutronokkal, akárcsak az Urán-233. A gyors neutronok ritkábban találnak magot, de ha eltalálják, akkor igen több valószínűleg hasadást okozhat. A gyors neutronok hatékonyabban alakítják át az urán-238-at plutóniummá. A fizika úgy működik, hogy az urán-plutóniumnak gyors reaktornak kell lennie annak érdekében, hogy az U-238-ról Pu-239-re történő transzmutálásakor egyenletes legyen a reakció folytatásához, és ne legyen szükség további hasadó üzemanyagra. A gyors neutronok képesek hasítani az olyan izotópok magjait, mint az U-238, sőt a plutónium számozott izotópjait, például a Pu-240-et is, amelyek közül később nagyobb lesz a felhalmozódása a hagyományos könnyűvizes reaktorok kiégett fűtőelemében. Tehát elméletileg a gyors tenyésztő reaktorok képesek alacsonyabb Pu-240 és Pu-239 arányú plutónium szaporítására, ami kedvező a bombák gyártásához (a plutónium előállítását korábban szinte kizárólag dedikált gyártási reaktorokban, általában grafitban végezték). moderált); mivel azonban a gyors reaktorok nem igénylik ezen izotópok elválasztását az üzemanyag újrafeldolgozása során, ez a proliferációs kockázat tagadható.


A reaktorok fizikája és technikája miatt a hűtőfolyadéknak át kell mennie a magon, és így a vizet nem lehet hűtőfolyadékként használni egy gyors reaktorban, mert a víz moderátor. Így valamivel bonyolultabbak. Hűtőfolyadékként általában folyékony fémeket vagy inert gázokat használnak - főleg nátriumot vagy héliumot, de néhány orosz haditengerészeti reaktor ólmot vagy ólom-bizmut ötvözetet is használt. A kutatóreaktorok néha nátrium-kálium ötvözetet használnak, amely szobahőmérsékleten folyékony és elkerüli a hűtőfolyadék megszilárdulásának problémáját, amikor a reaktort kikapcsolják, ugyanakkor drágább is. A gyors tenyésztő reaktor hűtőfolyadékai szintén alkálifémek vagy alkálifémötvözetek, amelyek hajlamosak arra, hogy kissé erőszakos kémiai reakciókat folytassanak sokféle anyaggal, beleértve a vizet (még a legkisebb nedvességtartalom mellett is) és kisebb mértékben az oxigént.

A gyors tenyésztési reaktorok a hidegháború idején kapták a finanszírozás nagy részét, mert lehetővé tették a nukleáris fegyverekben történő plutónium előállítását. Az energiatermelés szempontjából is kevésbé vonzóak, mert a legtöbb gyors spektrumú reaktor biztonsági rendszere eddig kevésbé volt hibatűrő, mint hőspektrumú társaiké.


A tórium-urán tüzelőanyag-ciklus esetében a fizika lehetővé teszi mind a gyors, mind a termikus spektrumú reaktorok számára, hogy a hasadó tüzelőanyag (U-233) önfenntartó tenyésztését elérjék a bemenő tenyésztő tüzelőanyagból (tórium).

Folyékony fluor torium reaktor

A Folyékony fluor torium reaktor (LFTR, ejtsd: „Lifter”) egy tenyésztő reaktor-tervezés, amely új érdeklődést vált ki. A tórium-urán körforgást használja, termikus spektruma van, és folyékony tüzelőanyagot használ, ellentétben az összes többi modern reaktortervvel (kivéve a Vizes homogén reaktor ami nem működne a tórium ciklusban, mert a tóriumsók nem megfelelően oldódnak vízben). Az üzemanyag tóriumból és fluorid-sóban oldott uránból áll, általában berilliummal és lítiummal. Az ötlet a nukleáris kor születése óta létezik, és bizonyos mértékig kutatták és folytatták, de sokkal kevésbé, mint más technológiák. Az LFTR továbbra is kísérleti és bizonyítatlan.

Az Oak Ridge Nemzeti Laboratórium öt éven keresztül futtatta az LFTR magját az olvadt sóreaktor kísérletben (1965-1969), amely megmutatta az LFTR számos alapját. A pennsylvaniai Shippingport-i könnyűvizes reaktor 1982-ben azt mutatta, hogy 1,39% -kal több hasadó anyag van jelen a magban, mint amennyit ötéves üzemidő után helyeztek el.

Az állítólagos előnyök közé tartozik az olcsó villamos energia, a jobb biztonság, a jó vagy jobb elterjedési jellemzők, hihetetlenül nagy üzemanyag-rendelkezésre állás, valamint kevesebb nukleáris hulladék mennyisége és élettartama, a potenciálisan hasznos hasadási termékek kinyerésének és hasznosításának képessége a reaktor hulladékaiból '(könnyebb megtenni, ha az üzemanyag már folyékony a szokásos üzemeltetés során), és talán a legvonzóbb az a lehetőség, hogy munkaközeg hulladékhőt használnak a tengervíz sótalanításához, a hő hatékonyságának csekély vagy egyáltalán nem káros hatására. transzferhurkok (azok a rendszerek, amelyek a reaktor-hőt kinetikus energiává alakítják a turbina meghajtására, amely ezt a mozgási energiát villamos energiává alakítja). Az állítólagos negatívumok az, hogy a fent említett MSRE szétszerelésének és tervezői csapatának feloszlatása miatt az emberek többsége gyakorlati tapasztalattal rendelkezik az ilyen típusú reaktorok működési modelljének építésében, jó esetben régóta nyugdíjas, és a legrosszabb esetben elhunyt. Ez sok erőforrást igényel a közmondásos kerék újrafeltalálásához, mielőtt egy kereskedelmileg életképes LFTR hihető vállalkozássá válhat. Az egyik olyan terület, amelyet különösen hiányosnak találtak a fejlesztéshez szükséges szakértelemben, az (és az) olyan alkatrészek magas hőmérsékletű kohászata, amelyek hosszan tartó közvetlen kapcsolatban állnak a reaktor olvadt sóival, valamint egy olyan ötvözet azonosítása, amely kellően megfelelő lesz tartósan használható akár 40, akár 60 évig folyamatosan üzemelő reaktorban. A neutron moderátorok is problémásak lehetnek, mivel az MSRE moderátorként grafitot használt. A grafit hajlamos megduzzadni és törékennyé válni a magas neutronfluxusú környezetben (például egy maghasadásos reaktor magjában) való hosszan tartó expozíció után.


Az LFTR egyes hívei által állítólagos mítoszokkal ellentétben ez valószínűleg nem teljesen elterjedésbiztos. Valószínűleg azonban nagyobb a proliferációellenállómint a hagyományos atomreaktorok.

Utazó hullámreaktor

A mozgóhullámú reaktor (TWR) hasonló a tenyészreaktorhoz, amely állítólag fejlesztést jelent a meglévő konstrukciókhoz képest. Az évek során több inkarnáción ment keresztül. Kiégett fűtőelemekkel működik, plutóniummá tenyésztve, majd felhasználva. A név hulláma a reaktor magjából kifelé érkező használati hullámból származik.

A tervezés felkeltette Bill Gates figyelmét, ami azt jelenti, hogy (A) valóban igazán érdekes dolgok, vagy (B) egy gazdag nyugdíjas szoftvermagog kedveli őket.

Jelenleg a formatervezés szabadalmaival a TerraPower rendelkezik.

Meglévő tenyésztő reaktorok

Belojarszki Atomerőmű

Jelenleg két energiatermelésre szolgáló tenyészreaktor működik a világon:

  • BN-600 reaktor az oroszországi Belojarszkban.
  • Kína kísérleti gyorsreaktor Kína, Peking közelében.

Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma erőforrásait a gyorstenyésztő reaktorok fejlesztésére fordította, végül azzal tetőzve Fermi reaktor 1 a Michigan állambeli Monroe-ban, amelyet 1957-től kezdve építettek és fejlesztettek ki, és amely 1966-ban részleges összeomlást szenvedett. Megpróbálták a javítást, és a folyamatos szakaszos műveletek ellenére soha többé nem tudta elérni a teljes működőképességet, és végleg leállították és leállították. Az egyik hagyományosabb kivitelű reaktort ott építették, és 1988-ban lépett működésbe. nem tenyésztő, ma is rutinszerű használatban marad.

Egy 1200 MW-os kereskedelmi tenyészreaktor prototípusa, Superphénix , 1986 és 1997 között Franciaországban működött. Az újonnan megválasztott miniszterelnök, Lionel Jospin, a francia Zöld Párt . Elődje, egy koncepcióbiztos reaktor, amelyet találóan hívnak Főnix 1973-tól 2008-ig üzemeltette, sőt ellátta a francia elektromos hálózatot, 2009-ben végleges és végleges leállításon esett át.

A Monju reaktor a japán Tsurugában a 90-es évek közepéig működött, majd 15 évre leállt. Néhány hónappal Monju újbóli aktiválása után egy daru esett a folyadék-nátrium hűtőfolyadék tartályába, amelyben a reaktor elmerült. Azóta végleg leállították.

Kritika

A atomellenes mozgalom ellenzi a gyors reaktorok fejlesztését. Legfőbb gondjuk az, hogy a tenyészreaktorok drágák, és a prototípusoknak mérnöki problémáik voltak. Ez nem igazán meglepő, tekintve, hogy ezek a szervezetek némelyike ​​ellenzi a fúzióval kapcsolatos kutatásokat. A nukleáris újrafeldolgozás, egy másik technológia, amelyre a mozgás allergiás, az üzemanyagciklus kötelező része. További kritikát kapnak a tömegpusztító fegyverek elterjedésének szakértői, akik aggódnak amiatt, hogy a javasolt proliferációellenes jellemzők elegendőek-e. Összességében a „tenyésztő reaktor” szavak önmagukban politikailag mérgezőbbek lettek, mint az atomenergia. Az egyik első ipari projekt, amelyet egy nagy iparosodott országban selejteztek, egy gyors tenyésztő volt a nyugat-németországi Kalkarban, és az egész kerfuffle megtörténtelőttCsernobil.