Реактор на біжучій хвилі

Матеріал з testwiki
Версія від 14:28, 22 лютого 2024, створена imported>PsichoPuzo (→Посилання)
(різн.) ← Попередня версія | Поточна версія (різн.) | Новіша версія → (різн.)
Перейти до навігації Перейти до пошуку

Реактор на біжучій хвилі (реактор Феоктистова) — теоретична концепція ядерного реактора на швидких нейтронах, що працює на ізотопі урану-238 за рахунок напрацювання з нього плутонію-239. Головна відмінність ідеї від інших концепцій реакторів-розмножувачів полягає в тому, що ланцюгова реакція поділу відбувається не відразу у всій товщі активної зони реактора, а обмежена певною ділянкою, яка з плином часу переміщується всередину цієї зони.

Історія концепції

Вперше ідея «саморегульованого реактора», відома на заході під назвою концепції «breed-and-burn» виникла в 1958 році в співробітників Курчатовського інституту С. М. Фейнберга і Є. П. Кунегіна[1]. Надалі такі реактори досліджували Майкл Дрісколл (1979)[2], Л. П. Феоктистов, один з творців водневої бомби, який «реанімував» ідею саморегульованого реактора в концепції «біжучої хвилі» в 1988 році[3][4], Едвард Теллер, батько американської водневої бомби, Ісікава й Вуд (1995)[5], Хьюго ван Дам (2000)[6]. Хіросі Секімото в 2001 році обґрунтував ідею розрахунками та багато разів доповідав про неї на міжнародних семінарах і конференціях[7][8].

Схематичний розріз проектного реактора Toshiba 4S

Далі теоретичних досліджень концепція так і не рушила[9]. У 2006 році корпорація Intellectual Ventures створила венчурну компанію TerraPower (в число співвласників компанії входить Білл Гейтс і Натан Мірвольд (Шаблон:Lang-en)) для створення промислового зразка реактора на біжучій хвилі[10]. У процесі технологічної розробки знаходяться моделі різної потужності — 300 і 1000 МВт[11]. Компаньйон TerraPower, японська компанія Toshiba має власний проект компактного ядерного реактора Super-Safe, Small and Simple (4S), що здатний пропрацювати 30 років, саме його було обрано за основу при створенні нового типу реактора[12]. Джон Джилеланд сподівається побачити перший лабораторний реактор на біжучий хвилі до 2020 року[11].

Проблеми

Компанія TerraPower відмовилась від створення зразка нового типу ядерних реакторів на біжучій хвилі на користь реактора на стоячій хвилі[13]. Компанія зіткнулась з технологічними проблемами надвисоких вигорянь і доз пошкоджень. Виявились також теоретичні протиріччя: проект робив ставку на довгу активну зону, проти чого виступили великі гідравлічні тиски, коротка ж активна зона не давала достатньо високих коефіцієнтів конверсії палива[13]. Видовжена конструкція реактора Toshiba 4S не дозволяла ефективно використовувати потік нейтронів, направлений в усі боки рівномірно. Нова концепція реактора на стоячій хвилі пропонує використання роботів для постійного переміщення касет з паливом з одних зон до інших. Коефіцієнт вигоряння палива в новому типі реактора буде обмежений 30 %[13].

Принципи роботи

Принцип роботи реактора на біжучій хвилі

Документація та презентаційні матеріали компанії TerraPower[14][15][16] описують реактор на біжучій хвилі як реактор басейнового типу, з охолодженням рідким натрієм. Як ядерне паливо використовується збіднений уран, однак потрібна й невелика кількість збагаченого урану для початку ланцюгової реакції. Деякі швидкі нейтрони, вироблені збагаченим паливом, поглинаються прилеглим шаром збідненого урану, який перетворюється на плутоній в результаті реакції:

92238U+01n→92239U→23,5 minβ−93239Np→2,3 daysβ−94239Pu→2,4⋅104 yearsα

Спочатку, активна зона заповнена збідненим ураном. Невелика кількість збагаченого палива розміщується з одного боку зони. У процесі роботи активна зона реактора ділиться на 4 частини, що містять:

  • відпрацьоване паливо, плутоній-239 (на анімації позначено чорним);
  • збагачене паливо, в якому відбувається утворення нейтронів (на анімації темно-зеленим);
  • паливо, що збагачується, в якому відбувається поглинання нейтронів (на анімації світло-зеленим);
  • матеріал, який ще не вступав в реакцію, уран-238 (на анімації позначено червоним).

Зона реакції переміщується товщею активної зони з плином часу. Тепловиділення від ядерної реакції перетворюється на електричну енергію за допомогою парових турбін.

Ядерне паливо

На відміну від реакторів на легкій воді, до яких відносяться всі водяні реактори, реактор на біжучий хвилі може бути завантажений збідненим ураном для безперервної роботи протягом 60 років[15]. На даний час для вироблення електроенергії ядерні реактори використовують збагачений уран, з підвищеним вмістом урану-235, ізотопом, що становить приблизно 0,7 % від природної суміші ізотопів урану. Після відділення урану-235 в процесі збагачення, решта металу містить переважно уран-238, або так званий збіднений уран, який зазвичай зберігаються як радіоактивні відходи поруч із заводами зі збагачення[17]. Реактори на біжучій хвилі економніші, для них не потрібні спеціальні процедури збагачення ядерного палива. Збіднений уран є досить доступною сировиною. Так тільки в США існує понад 700 000 тонн збідненого урану.

Теоретично, як паливо може використовуватися відпрацьоване паливо як звичайних водяних реакторів, так й інших реакторів на біжучий хвилі.

Роботи в Україні

Американський фізик Едвард Теллер був пов'язаний з харківською школою фізиків-теоретиків Ландау, Курчатова, Ахієзера, Лівшиця. У 1930-х роках він направляв на навчання до Льва Ландау фізика угорського походження, Ласло Тісса, а у 1990-х направив групу з 8 вчених до харківського Інституту теоретичної фізики імені О. І. Ахієзера при Харківському фізико-технічному інституті розробляти атомні реактори нового покоління[18]. У принциповій схемі харківських вчених як пальне використовується суміш (1:1) урану-238 і торію-232 з глибиною вигоряння до 50 %[18].

Див. також

Примітки

Шаблон:Reflist

Посилання

Шаблон:Ядерні реактори

  1. ↑ Шаблон:Ref-en S. M. Feinberg Discussion Comment // Record of Proceedings Session B-10, Int. Conf. on the Peaceful Uses for Atomic Energy. — Geneva, Switzerland: United Nations, 1958. — Том 9. — № 2. — С. 447.
  2. ↑ Шаблон:Ref-en M. J. Driscoll, B. Atefi, D. D. Lanning, An Evaluation of the Breed/Burn Fast Reactor Concept, MITNE-229 за грудень 1979 року.
  3. ↑ Шаблон:Ref-ru Феоктистов Л. П. Анализ одной концепции физически безопасного реактора, препринт ИАЭ-4605/4, Москва — ЦНИИатоминформ, 1988.
  4. ↑ Шаблон:Ref-en V. D. Rusov, D. A. Litvinov, S. Cht. Mavrodiev, E. P. Linnik, V. N. Vaschenko, T. N. Zelentsova, M. E. Beglaryan, V. A. Tarasov, S. A. Chernegenko, V. P. Smolyar, P. O. Molchinikolov, K. K. Merkotan. The KamLAND-experiment and Soliton-like Nuclear Georeactor. Part 1. Comparison of Theory with Experiment. Cornell University.
  5. ↑ Шаблон:Ref-en E. Teller, M. Ishikawa, and L. Wood, Completely Automated Nuclear Power Reactors for Long-Term Operation Шаблон:Webarchive, Proc. Of the Frontiers in Physics Symposium, American Physical Society and the American Association of Physics Teachers Texas Meeting, Lubbock, Texas, United States (1995).
  6. ↑ Шаблон:Ref-en H. van Dam, The Self-stabilizing Criticality Wave Reactor Шаблон:Webarchive, Proc. Of the Tenth International Conference on Emerging Nuclear Energy Systems (ICENES 2000), p. 188, NRG, Petten, Netherlands (2000).
  7. ↑ Шаблон:Ref-en H. Sekimoto, K. Ryu, and Y. Yoshimura, CANDLE: The New Burnup Strategy, Nuclear Science and Engineering, 139, 1-12 (2001).
  8. ↑ Шаблон:Ref-ru Георгий Тошинский: реактор из Обн-Аламоса для СВБР не конкурент Шаблон:Webarchive. Интервью с Г. И. Тошинским. — AtomInfo.Ru від 4 лютого 2010 року.
  9. ↑ Шаблон:Ref-ru Филипп Бетке. Электричество из-под земли. Шаблон:Webarchive — публікація на PROatom.ru від 19 квітня 2010 року.
  10. ↑ Шаблон:Ref-ru Антон Благовещенский. Toshiba и Билл Гейтс обеспечат человечество энергией на столетия. Шаблон:Webarchive — Российская газета від 24 березня 2010 року.
  11. ↑ 11,0 11,1 Шаблон:Ref-en K. Weaver, C. Ahlfeld, J. Gilleland, C. Whitmer and G. Zimmerman, Extending the Nuclear Fuel Cycle with Traveling-Wave Reactors, Paper 9294, Proceedings of Global 2009, Paris, France, September 6-11, (2009).
  12. ↑ Шаблон:Ref-en Bill Gates, Toshiba in early talks on nuclear reactor. Шаблон:Webarchive — Sydney Morning Herald, від 23 березня 2010 року.
  13. ↑ 13,0 13,1 13,2 Шаблон:Ref-ru Рычин В. TWR — прибежавшая волна. Шаблон:Webarchive — Atominfo.ru, 9 червня 2011 року.
  14. ↑ Шаблон:Ref-en R. Michal and E. M. Blake. John Gilleland: On the traveling-wave reactor. Шаблон:Webarchive Nuclear News, p. 30-32 — вересень 2009 року.
  15. ↑ 15,0 15,1 Шаблон:Ref-en Wald, M. 10 Emerging Technologies of 2009: Traveling-Wave Reactor. Шаблон:Webarchive — MIT Technology Review, березень-квітень 2009 року.
  16. ↑ Шаблон:Ref-en Gilleland, John. TerraPower, LLC Nuclear Initiative. — University of California at Berkeley, Spring Colloquium, за 20 квітня 2009 року.
  17. ↑ Реактори нової «хвилі». Шаблон:Webarchive — Блог Товариства радіаційного захисту України, 6 грудня 2011 року.
  18. ↑ 18,0 18,1 Шаблон:Ref-ru Олена Зеленіна Зачем Биллу Гейтсу… реактор? Шаблон:Webarchive — Українська технічна газета від 16 грудня 2013 року.
Отримано з https://uk.wiki.beta.math.wmflabs.org/w/index.php?title=Реактор_на_біжучій_хвилі&oldid=5452