Reactor rapid cu neutroni

Un reactor cu neutroni rapidi  este un reactor nuclear în miezul căruia nu există moderatori de neutroni , iar spectrul neutronilor este aproape de energia neutronilor de fisiune (~ 10 5  eV ). Neutronii acestor energii sunt numiți rapizi, de unde și numele acestui tip de reactor.

Un reactor cu neutroni rapid face posibilă transformarea combustibilului nuclear uzat în combustibil nou pentru centralele nucleare, formând un ciclu închis de utilizare a combustibilului nuclear și permițând, în locul celor 3% disponibile în prezent, să utilizeze aproximativ 30% din potențialul combustibilului nuclear, care va asigura perspectiva energiei nucleare timp de milenii.

Istorie

Primele reactoare industriale cu neutroni rapidi au fost proiectate și puse în funcțiune cu succes în Uniunea Sovietică , iar în acest moment Rusia are o prioritate tehnologică în dezvoltarea și funcționarea lor, ceea ce deschide posibilități aproape nelimitate de utilizare a potențialului energetic al combustibilului nuclear, inclusiv deșeurile centralelor nucleare și plutoniu pentru arme.

Rusia ocupă primul loc în lume în dezvoltarea tehnologiilor pentru construcția unor astfel de reactoare, deși multe țări dezvoltate fac acest lucru încă din anii 1950. Prima unitate de putere cu un reactor cu neutroni rapidi BN-350 a fost lansată în URSS în 1973 și a funcționat la Aktau până în 1999. Cea de-a doua unitate de putere a fost instalată la CNE Beloyarsk în 1980 ( BN-600 ) și a funcționat neîntrerupt până în prezent; în 2010, durata sa de viață a fost prelungită cu 10 ani [1] . În același loc, pe 10 decembrie 2015, a fost dat în funcțiune un reactor de nouă generație BN-800 .

Cum funcționează

Datorită secțiunii transversale mici de fisiune de 235 U de către neutronii rapizi, pentru a menține o reacție în lanț , este necesar să se mențină intensități mult mai mari ale câmpului de neutroni în comparație cu reactoarele cu neutroni termici . Datorită creșterii fluxurilor de neutroni, o fracțiune mult mai mare de 238 U este implicată în procesul de transmutare în plutoniu , ceea ce extinde semnificativ baza de combustibil a acestui tip de reactor.

Nu ar trebui să existe moderatori de neutroni eficienți în miezul reactorului, în primul rând, substanțele cu nuclee ușoare precum hidrogenul sunt fundamental inacceptabile . Prin urmare, apa și hidrocarburile nu pot fi utilizate în sistemul de răcire al reactorului. Această cerință forțează utilizarea ca lichid de răcire a metalelor cu punct de topire scăzut, cum ar fi mercurul, sodiul, plumbul. Mercurul a fost abandonat rapid din cauza corozivității sale ridicate. Astăzi, au fost dezvoltate reactoare cu lichid de răcire cu sodiu, plumb-bismut și plumb .

Secțiunea transversală de fisiune în regiunea de energie rapidă nu depășește 2 barn . Prin urmare, pentru a realiza o reacție în lanț pe neutroni rapizi, este necesară o densitate specifică relativ mare a materialului fisionabil în miez în comparație cu reactoarele cu neutroni termici . Acest lucru forțează utilizarea unor soluții speciale de proiectare, cum ar fi reflectoare de neutroni și combustibil de înaltă densitate, care cresc costul de construcție și exploatare. Încărcările de radiație pe materialele structurale sunt, de asemenea, mult mai mari decât în ​​reactoarele cu neutroni termici.

În comparație cu reactorul termic obișnuit, reactoarele cu neutroni rapidi au o serie de avantaje în ceea ce privește siguranța: nu există presiune mare în reactor, practic nu există riscul pierderii lichidului de răcire din cauza fierberii, nu există riscul de abur-zirconiu. reacţie , care a devenit una dintre cauzele exploziilor de la CNE Fukushima . Pe de altă parte, popularul lichid de răcire cu sodiu reacționează violent cu apa și arde în aer, îngreunând orice accident de scurgere. De aceea, după 3 ani de funcționare a singurului submarin răcit cu sodiu USS Seawolf (SSN-575) , s-au făcut concluzii negative cu privire la aplicabilitatea acestui tip de reactor în flota de submarine, reactorul de pe submarin însuși a fost înlocuit cu unul răcit cu apă , iar designul răcit cu sodiu nu mai este folosit în Marina SUA, iar marina sovietică nu a fost folosită deloc. Marina URSS a fost înarmată cu submarine nucleare în serie cu un reactor de răcire cu plumb-bismut - proiectul 705 (K) „Lira” în valoare de 7 unități, dar până acum au fost și dezafectate.

Principalul avantaj al acestui tip de reactor este capacitatea de a implica materiale precum uraniul-238 și toriu - 232 în ciclul combustibilului. Acest lucru extinde semnificativ baza de combustibil a energiei nucleare. În plus, aceste reactoare fac posibilă eliminarea relativ sigură a celor mai activi și mai longeviv izotopi din combustibilul nuclear uzat , reducând în mod fundamental pericolul biologic al acestuia.

În septembrie 2016, oamenii de știință nucleari ruși au testat cu succes la capacitate maximă o nouă și cea mai puternică unitate de putere din lume cu un reactor cu neutroni rapid - BN-800 al CNE Beloyarsk . Odată cu producția de combustibil MOX lansată cu un an mai devreme, Rusia a devenit lider în tranziția către un ciclu închis de utilizare a combustibilului nuclear, care va permite omenirii să obțină o resursă energetică aproape inepuizabilă prin reciclarea deșeurilor nucleare, deoarece energia nucleară convențională. centralele folosesc doar 3% din potenţialul energetic al combustibilului nuclear [1] .

Reactoare rapide de cercetare cu neutroni

Reactoare industriale cu neutroni rapidi

Proiectele comerciale pentru reactoare cu neutroni rapidi tind să utilizeze modele răcite cu metal lichid . De obicei, este fie sodiu lichid , fie un aliaj eutectic (mai precis, un amestec lichid) de plumb și bismut . Topiturile de sare ( fluoruri de uraniu ) au fost, de asemenea, considerate ca agenți de răcire , dar utilizarea lor a fost recunoscută ca nepromițătoare.

Prioritatea URSS și a Rusiei

Reactoarele cu neutroni rapidi experimentale au apărut în anii 1950. În anii 1960 și 1980, lucrările privind crearea de reactoare industriale cu neutroni rapidi au fost desfășurate în mod activ în URSS , SUA și o serie de țări europene. Prima unitate de putere industrială cu un reactor cu neutroni rapidi BN-350 a fost lansată în URSS în 1973, a doua unitate de putere a fost instalată la CNE Beloyarsk în 1980 ( BN-600 ). După închiderea reactorului de sodiu rapid francez „ Phoenix ” (Phénix) în 2009, Rusia a rămas singura țară din lume cu reactoare de putere rapidă în funcțiune: BN-600 în a treia unitate de putere a CNE Beloyarsk [2] [3] și BN-800 în unitatea de putere a 4-a m a CNE Beloyarsk [4] . Acesta din urmă a fost lansat pe 10 decembrie 2015, a intrat în exploatare comercială în 2016, iar în 2018 a început să folosească combustibil MOX în serie produs la Uzina Minieră și Chimică Rosatom [5] .

Reactorul BN-800 este folosit pentru a testa o serie de tehnologii de închidere a ciclului combustibilului nuclear folosind reactoare „rapide” care rezolvă problema eliminării combustibilului nuclear uzat . Rusia creează o industrie nucleară cu două componente, care va include reactoare termice și cu neutroni rapidi, care va extinde în mod semnificativ baza de combustibil a atomului pașnic și, în același timp, va reduce cantitatea de deșeuri radioactive din cauza „arderii” de radionuclizi periculoși. Unitatea nr. 4 a NPP Beloyarsk a devenit un prototip de unități de putere „rapide” comerciale mai puternice BN-1200, a căror construcție este planificată în anii 2030 [5] .

Experimente asiatice

Ţările asiatice ( India , Japonia , China , Coreea de Sud ) manifestă interes în această direcţie . În India, este în construcție un reactor cu sodiu rapid demonstrativ PFBR-500 cu o capacitate de 500 MW(e), a cărui pornire era programată pentru 2014 [6] , dar de la 1 iulie 2017, reactorul nu era a început [7] . În următoarea etapă, India plănuiește să construiască o serie mică de patru reactoare rapide de aceeași capacitate.

Pe 8 mai 2010, în Japonia, după o pauză de paisprezece ani cauzată de un incendiu din 1995, când s-au scurs 640 de kilograme de sodiu metalic, reactorul Monju a fost adus pentru prima dată în stare critică . Lucrările de pornire și ajustare pentru a-l pune în funcțiune, dintre care o parte constau într-o serie de ieșiri experimentale ale reactorului la un nivel minim controlat, au fost planificate să fie finalizate în 2013 . Cu toate acestea, în august 2010, în timpul lucrărilor de realimentare, un nod al sistemului de alimentare cu combustibil a pătruns în vasul reactorului - o țeavă metalică de 12 metri cântărind 3,3 tone, care s-a scufundat în sodiu. Aproape imediat s-a anunțat că continuarea lucrărilor de ajustare și, în consecință, lansarea, a fost amânată cu 1-1,5 ani [8] [9] [10] [11] [12] . Pe 27 iunie 2011, partea scufundată a fost recuperată din reactorul Monju. Pentru a extrage piesa, specialiștii au fost nevoiți să demonteze partea superioară a reactorului. Însuși ridicarea la suprafață a structurii de trei tone a durat opt ​​ore [13] . De câțiva ani, perspectivele pentru „Monju” au fost vagi, nu au fost alocate finanțări [14] . În decembrie 2016, guvernul japonez a decis să dezafecteze complet centrala nucleară Monju. În 2022, se preconizează scoaterea combustibilului din reactor și în 2047 finalizarea dezasamblarii acestuia [15] [16] .

Reactoare cu lichid de răcire cu mercur

• Rusia/ URSS
  • BR-2 IPPE , Obninsk , 1956

Mercurul părea inițial a fi un lichid de răcire promițător. Este un metal greu și, prin urmare, nu încetinește bine neutronii . Spectrul unui astfel de reactor este foarte rapid, iar raportul de reproducere este ridicat. Mercurul  este un lichid la temperatura camerei, ceea ce simplifică designul (nu este nevoie să încălziți circuitul lichid-metal pentru pornire), în plus, s-a planificat direcționarea vaporilor de mercur direct în turbină, ceea ce a garantat un nivel foarte ridicat. eficienta la o temperatura relativ scazuta. Reactorul BR-2 cu o putere termică de 100 kW a fost construit pentru a procesa lichidul de răcire cu mercur. Cu toate acestea, reactorul a funcționat mai puțin de un an. Principalul dezavantaj al mercurului a fost activitatea sa mare de coroziune . Timp de cinci luni, mercurul a dizolvat literalmente primul circuit al reactorului, au apărut în mod constant scurgeri. Alte dezavantaje ale mercurului sunt: ​​toxicitatea, costul ridicat, consumul mare de energie pentru pompare. Ca urmare, mercurul a fost recunoscut ca un lichid de răcire neprofitabil din punct de vedere economic.

O caracteristică unică a BR-2 a fost și alegerea combustibilului - plutoniu metalic (un aliaj de plutoniu în fază σ cu galiu). Uraniul a fost folosit doar în zona de reproducere. [17] [18]

Lista reactoarelor

Reactoare rapide în construcție și proiectate

Vezi și

• Reactor de reproducere
• Reactor cu neutroni termici
• Reactor cu undă călătoare
• Combustibil MOX

Note

1. ↑ 1 2 Rusia face următorii pași pentru a trece la un ciclu închis al combustibilului nuclear . Site-ul oficial al companiei Rosatom . www.rosatominternational.com (29 noiembrie 2016). Preluat la 17 decembrie 2019. Arhivat din original la 17 decembrie 2019. (nedefinit)
2. ↑ :: Combustibil nuclear pentru reactorul BN-600 (link inaccesibil) . Consultat la 23 iunie 2010. Arhivat din original pe 14 martie 2010. (nedefinit) 
3. ↑ Rosatom State Corporation "Rosatom" tehnologii nucleare energie nucleară centrale nucleare medicina nucleară . Consultat la 23 iunie 2010. Arhivat din original pe 14 iunie 2010. (nedefinit)
4. ↑ Lansat reactorul BN-800 . mining24.ru Consultat la 23 decembrie 2015. Arhivat din original la 23 decembrie 2015. (Rusă)
5. ↑ 1 2 Expert: Rosatom a făcut un pas către stăpânirea tehnologiilor energetice ale viitorului . RIA Novosti (27 august 2019). Preluat la 17 decembrie 2019. Arhivat din original la 3 decembrie 2019. (Rusă)
6. ↑ Lansarea fizică a PFBR-500 va avea loc în septembrie 2014 . ATOMINFO.RU (28 iulie 2013). Consultat la 15 iunie 2014. Arhivat din original la 11 septembrie 2013. (nedefinit)
7. ↑ Lansarea PFBR-500 amânată pe termen nelimitat . ATOMINFO.RU (1 iulie 2017). Preluat: 1 iulie 2017. (nedefinit)
8. ↑ Monju a ieșit la 0,03% din par . AtomInfo.Ru (9 mai 2010). Data accesului: 30 ianuarie 2011. Arhivat din original pe 24 aprilie 2013. (nedefinit)
9. ↑ Unul dintre nodurile sistemului de alimentare cu combustibil sa prăbușit în interiorul vasului reactorului Monju . AtomInfo.Ru (30 august 2010). Data accesului: 30 ianuarie 2011. Arhivat din original la 3 iulie 2011. (nedefinit)
10. ↑ Fotografii și diagramă ale incidentului din 26 august la centrala nucleară Monju publicate în Japonia . AtomInfo.Ru (11 septembrie 2010). Data accesului: 30 ianuarie 2011. Arhivat din original la 1 decembrie 2012. (nedefinit)
11. ↑ Nu se poate extrage conducta din carena Monju prin metode conventionale . AtomInfo.Ru (10 noiembrie 2010). Data accesului: 30 ianuarie 2011. Arhivat din original pe 2 august 2011. (nedefinit)
12. ↑ Japonezii proiectează un dispozitiv pentru a ridica o țeavă spartă în Monju . AtomInfo.Ru (8 februarie 2011). Data accesului: 30 ianuarie 2011. Arhivat din original pe 24 aprilie 2013. (nedefinit)
13. ↑ Specialiștii au recuperat o parte de trei tone din reactorul Monju din Japonia, care a căzut acolo în 2010 . AtomInfo.Ru (27 iunie 2011). Arhivat din original pe 24 aprilie 2013. (nedefinit)
14. ↑ Lansarea pilot a reactorului Monju din Japonia nu va avea loc până în primăvara lui 2013 | Factorul economic | Ecologie
15. ↑ Japonia a admis imposibilitatea lansării unei centrale nucleare cu un reactor rapid cu neutroni . Arhivat din original pe 8 ianuarie 2017. Preluat la 7 ianuarie 2017.
16. ↑ Prototipul reactorului Monju, cândva un diametru cheie în politica energetică nucleară a Japoniei, urmează să fie casat  , The Japan Times Online  (21 decembrie 2016). Arhivat din original pe 7 ianuarie 2017. Preluat la 7 ianuarie 2017.
17. ↑ Lev Kochetkov: de la mercur la sodiu, de la BR-1 la BN-600 . Data accesului: 29 iulie 2012. Arhivat din original pe 24 aprilie 2013. (nedefinit)
18. ↑ Yuri Bagdasarov: despre legende, mercur și sodiu . Preluat la 29 iulie 2012. Arhivat din original la 11 iunie 2012. (nedefinit)
19. ↑ Centrala nucleară cu neutroni rapidi va fi închisă definitiv în Japonia . Centrale termice și centrale nucleare (10 februarie 2014). Consultat la 24 octombrie 2016. Arhivat din original la 25 octombrie 2016. (nedefinit)

Literatură

• Levin VE Fizică nucleară și reactoare nucleare. a 4-a ed. — M.: Atomizdat , 1979.
• Petunin V.P. Ingineria termoenergetică a instalațiilor nucleare M.: Atomizdat , 1960.
• Klimov A. N. Fizică nucleară și reactoare nucleare. a 2-a ed. Moscova: Energoatomizdat , 1985.

Link -uri

• Reactoare cu neutroni rapidi // WNA, 2013-03-15
• TENDINȚE ȘI DEZVOLTĂRI PENTRU REACTOARELE DE NEUTRONI RAPIDI ȘI CICLURI DE COMBUSTIBIL ASOCIATE // IAEA, 2013

Dicționare și enciclopedii	Britannica (online)
În cataloagele bibliografice	BNF : 11981271t J9U : 987007567828705171 LCCN : sh85047399 NDL : 01182440