Sulan suolan reaktori

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 28. syyskuuta 2015 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 15 muokkausta .

Sulasuolareaktori (nestemäinen suolareaktori, ZhSR, MSR) on yksi matalapaineisten ydinreaktoreiden tyypeistä, joissa jäähdytysaine perustuu sulan suolan seokseen, joka voi toimia korkeissa lämpötiloissa (reaktorin termodynaaminen hyötysuhde on suoraan verrannollinen käyttölämpötilaan), pysyy tässä alhaisessa paineessa. Tämä vähentää mekaanista rasitusta ja parantaa turvallisuutta ja kestävyyttä.

Joissakin suoritusmuodoissa ydinpolttoaine on myös nestemäistä ja jäähdytysainetta, mikä yksinkertaistaa reaktorin suunnittelua, tasaa polttoaineen palamista ja mahdollistaa myös polttoaineen vaihdon ilman reaktorin sammuttamista.

Suoloina suositellaan yleisesti aktinidifluorideja (reaktorin ja polttoaineen tyypistä riippuen nämä ovat torium , uraani , plutonium ja muut aktinidit) .

Kyky syöttää tuoretta polttoainetta, homogenoida ydin ja poistaa fissiotuotteita (erityisesti kaasumaisia) teholla toimiessaan tekee ZhSR:stä erinomaisen jalostusreaktorin (jalostusreaktori ) ja pitkäikäisten jätteiden (erityisesti aktinidien) jälkipolttimen .

Myös alikriittisten ydinreaktorien projekteja on sulalle suoloille, tässä tapauksessa sulat suolat voivat toimia myös kiihdytin-ohjaimen kohteena, mikä ratkaisee kohteen stabiilisuuden ja sen palamisen tasaisuuden ongelman.

Yleistä tietoa

Koska uraanivarannot ovat rajalliset, tulevaisuuden ydinvoimateollisuus liittyy tavalla tai toisella jalostusreaktoreihin ja uraani-238:n (99,3 % luonnonuraanista) ja torium-232:n käyttöön polttoaineena (käytettävissä olevat varat ovat noin kolme kertaa suuremmat). kuin uraani-238).

ZhSR:n edut tulevat erityisen havaittavissa, kun niitä käytetään polttoaineen tuottajina - tämä on mahdollista sekä lämpöneutroneilla (torium-uraanipolttoaineella ja uraani-233:n tuotanto torium-232:sta) että nopeilla neutroneilla (uraani-plutoniumpolttoaineella) ja plutonium-239:n tuotanto uraani-238:sta). Tässä tapauksessa on mahdollista lisätä vain lähdemateriaalia (luonnonuraania tai luonnontoriumia) reaktoriin ja uuttaa fragmentit. Perinteisessä kiinteän polttoaineen reaktorissa tämä tarkoittaisi käytetyn polttoaineen talteenottoa ja sen lähettämistä kalliiseen jälleenkäsittelyyn käytetyn polttoaineen erottamiseksi fissiokappaleista. Tämä on erityisen tärkeää toriumreaktoreille, koska torium-232:lla säteilytettynä muodostuu myös uraani-232:ta. Uraani-232-hajoamissarja sisältää erittäin epämiellyttäviä gamma-aktiivisia isotooppeja, jotka tekevät polttoaineen käsittelystä erittäin vaikeaa.

Suoloina ehdotetaan usein käytettäväksi fluorideja tai klorideja, erityisesti puskurina - FLiBe, litiumfluoridin ja berylliumfluoridin liuos. Yleensä nämä ovat suoloja, joiden sulamispiste on suhteellisen alhainen - 400-700 C.

ZhSR sijoitetaan usein parannetun (luonnollisen) turvallisuuden reaktoreiksi useista syistä:

- polttoaine on nestemäistä, joten luonnollinen turvallisuus reaktorin ylikuumenemiselta on helppo varmistaa: tällöin reaktorin kiinteä tulppa sulaa ja polttoaine valuu loukkuun, jossa on ilmeisen alikriittinen geometria ja neutroni vaimentimet;

- kaasumaisten fissiotuotteiden jatkuva poistaminen ja jatkuva tuoreen polttoaineen lisääminen mahdollistavat sen, että polttoainetta, jolla on suuri reaktiivisuusmarginaali, ei saa laittaa reaktoriin, mikä vähentää reaktorin hallitsemattoman karkaamisen riskejä;

- alhainen paine reaktoriastiassa mahdollistaa turvallisuuden lisäämisen (lisäksi se mahdollistaa ilman erityisen vahvoja rakenteita säteilytyksen alla, verrattuna esimerkiksi VVER:iin, tämä on taloudellinen hyöty).

Suhteellisen korkeat lämpötilat (siis korkea hyötysuhde), ydinlaitteiston yksinkertaisuus ja kompaktisuus, mahdollisuus tankata teholla, erittäin halvan polttoaineen käyttö (muiden tyyppisten reaktorien polttoaine on usein erittäin monimutkainen ja kallis mekaaninen tuote) tekee ZhSR:stä kovin viehättävä.

ZhSR reaktorityyppinä on mukana GEN4-hakuohjelmassa, nyt useat innovatiiviset yritykset mainostavat kehitystään ZhSR:tä tulevaisuuden reaktorina.

Tämän tyyppisellä reaktorilla on kuitenkin myös haittoja. Ensinnäkin tämä koskee polttoaineiden ja runkomateriaalien erittäin monimutkaista kemiaa, jonka on kestettävä erittäin syövyttävä ympäristö voimakkaan ionisoivan säteilyn olosuhteissa, mukaan lukien neutronit. Ensimmäiset kokeet ( MSRE - amerikkalainen sula suolareaktori) osoittivat, että ongelmaa ei pidä aliarvioida.

Huolimatta olemassa olevista ehdotuksista jatkuvaksi polttoaineen täydentämiseksi ja/tai absorboijan palasten poistamiseksi siitä, tätä ei ole vielä toteutettu käytännössä, ja tähän liittyy merkittäviä teknisiä riskejä yksityiskohtaisesti ja toteutettuna.

Itse lähestymistapaa kritisoidaan vakavasti: monet uskovat, että kahden turvaesteen poistaminen (pelletin kuori ja polttoaine-elementti VVER:ssä verrattuna pelkkään polttoaineen sulatukseen ZhSR:ssä) lisää radioaktiivisten päästöjen riskiä.

Lopuksi kriitikot huomauttavat, että nykyisellä uraanin hinnalla jalostusreaktorit eivät ole kannattavia, mikä tarkoittaa, että ZSR menettää merkittävän osan eduistaan.

Olemassa olevat projektit

Olemassa olevat hankkeet ovat homogeenisia reaktoreita (mukaan lukien nopeat neutronit ), jotka toimivat fluoridisulatteiden Li- litium- , beberyllium- , Zr- zirkonium- , U- uraani -seoksella .

Edut

  1. Matala paine reaktoriastiassa (1 atm ) - mahdollistaa erittäin halvan astian käytön ja samalla eliminoi koko luokan onnettomuuksia, jotka johtuvat ensimmäisen piirin astian ja putkistojen rikkoutumisesta.
  2. 1. piirin korkeat lämpötilat - yli 700 °C (ja erittäin korkean lämpötilan reaktoreissa yli 1400) ja sen seurauksena korkea termodynaaminen hyötysuhde (jopa 44 % MSBR-1000:lle), mikä mahdollistaa tavanomaisten turbiinien käytön lämpövoimalaitokset.
  3. On mahdollista järjestää jatkuva polttoaineen vaihto ilman reaktorin sammuttamista - fissiotuotteiden poistaminen 1. piiristä ja sen täydentäminen tuoreella polttoaineella.
  4. Rakennusmateriaalien vähemmän radioaktiivista kulumista verrattuna painevesireaktoreihin.
  5. Korkea polttoainetehokkuus.
  6. Kyky rakentaa jalostusreaktori tai muuntaja.
  7. Mahdollisuus käyttää toriumpolttoainesyklejä , mikä laajentaa merkittävästi ja vähentää polttoainesyklin kustannuksia.
  8. Metallifluoridit, toisin kuin nestemäinen natrium , eivät käytännössä ole vuorovaikutuksessa veden kanssa eivätkä pala, mikä sulkee pois koko luokan onnettomuuksia, jotka ovat mahdollisia natriumjäähdytteisissä nestemäisissä metallireaktoreissa .
  9. Mahdollisuus poistaa ksenon ( reaktorin myrkytyksen välttämiseksi ) yksinkertaisesti puhaltamalla jäähdytysneste heliumilla MCP :hen . Seurauksena - kyky työskennellä tiloissa, joissa teho muuttuu jatkuvasti.

Haitat

  1. Tarve organisoida polttoaineen käsittely ydinvoimalaitoksilla.
  2. Korkeampi korroosio sulaista suoloista.
  3. Suuremmat annoskustannukset 1. piirin korjauksen aikana VVER :iin verrattuna
  4. Matala lisääntymissuhde (CV ~ 1,06 MSBR-1000:lle) verrattuna nestemäisiin metallireaktoreihin , joissa on natriumjäähdytys (CV ~ 1,3 BN-600:lle, BN-800:lle)
  5. Huomattavasti suuret (2-3 kertaa) tritiumpäästöt verrattuna painevesireaktoreihin , joita voidaan hallita valitsemalla 1. piirin putkistojen rakennemateriaaleja .
  6. Rakennusmateriaalien puute.

Sulasuolareaktoriprojektit

Muistiinpanot

  1. ↑ JREngel, HFBauman, JFDearing, WRGrimes, HEMcCoy, WARhoades. Kertakäyttöisellä denaturoidun suola-suolan reaktorin  käsitteelliset suunnitteluominaisuudet . tekninen raportti . Oak Ridge National Lab (1. kesäkuuta 1980). Käyttöpäivä: 18. lokakuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 8. helmikuuta 2012.
  2. ↑ Mr. Jintaek Jung, SHI:n toimitusjohtaja ja Mr. Troels Schenfeldt, yksi Seaborgin perustajista ja toimitusjohtaja. Samsung Heavy Industries (SHI) ja Seaborg allekirjoittavat kumppanuuden kehittääkseen kelluvan ydinvoimalan yhdessä vety- ja ammoniakkivoimaloiden  kanssa . News&Issues (11.4.2022). Käyttöönottopäivä: 11.4.2022.

Katso myös

Kirjallisuus