Sayohat to'lqinli reaktor - Traveling wave reactor

TWR ning raqamli simulyatsiyasi. Qizil: uran-238, och yashil: plutoniy-239, qora: bo'linish mahsulotlari. Plitkalar orasidagi ko'k rangning zichligi neytron zichligini bildiradi

A harakatlanuvchi to'lqinli reaktor (TWR) ning tavsiya etilgan turi yadroviy bo'linish reaktori aylantirishi mumkin serhosil material orqali foydalaniladigan yoqilg'iga yadroviy transmutatsiya, bo'linadigan materialning yonishi bilan birga. TWR boshqa turlaridan farq qiladi tez neytron va selektsioner reaktorlar holda yoqilg'idan samarali foydalanish qobiliyatida uranni boyitish yoki qayta ishlash,[shubhali – muhokama qilish] o'rniga to'g'ridan-to'g'ri foydalanish tugagan uran, tabiiy uran, torium, sarflangan yoqilg'i olib tashlandi engil suvli reaktorlar yoki ushbu materiallarning birlashtirilishi. Kontseptsiya hali ham rivojlanish bosqichida va hech qachon TWRlar qurilmagan.

Ism, bo'linish vaqt o'tishi bilan asta-sekin o'sib boradigan reaktor yadrosidagi chegara zonasida cheklangan bo'lib qolishini anglatadi. TWRlar nazariy jihatdan o'nlab yillar davomida yonilg'i quyish yoki ishlatilgan yoqilg'ini olib tashlamasdan o'z-o'zini ta'minlashi mumkin.

Tarix

Sayohat to'lqinli reaktorlar birinchi marta 1950-yillarda taklif qilingan va ular vaqti-vaqti bilan o'rganilgan. Reaktor yadrosi ichida o'z yoqilg'isini ishlab chiqarishi mumkin bo'lgan reaktor kontseptsiyasi dastlab 1958 yilda taklif qilingan va o'rganilgan Savely Moiseevich Feinberg, uni "nasl-nasabga qarshi" reaktor deb atagan.[1] Maykl Driskoll 1979 yilda kontseptsiya bo'yicha keyingi tadqiqotlarni nashr etdi,[2] qilgan kabi Lev Feoktistov 1988 yilda,[3] Edvard Telller /Lowell Wood 1995 yilda,[4] Ugo van Dam 2000 yilda[5] va Xiroshi Sekimoto 2001 yilda.[6]

TWR 2004, 2006 va 2010 yillarda Yaponiyada o'tkazilgan Innovatsion Yadro Energiya Tizimlari (INES) simpoziumlarida muhokama qilingan bo'lib, u "CANDLE" reaktori, qisqartmasi Energiya ishlab chiqarish jarayonida neytron oqimining doimiy eksenel shakli, nuklidlarning zichligi va quvvat shakli.[7] 2010 yilda Popa-Simil mikro-hetero-tuzilmalar masalasini muhokama qildi,[8] "Mikro-Getero tuzilmalarida plutoniyni ko'paytirish yoqilg'i aylanishini kuchaytiradi" maqolasida batafsil yoritilgan bo'lib, plutoniy kuchaygan chuqur tükenmiş TWR tasvirlangan.[9] yonilg'i kanallari va bir nechta yonilg'i oqimi. 2012 yilda bu bo'linish ko'rsatildi[10] to'lqinlar ikki turg'un reaksiya diffuziya hodisasining bir shakli.[11]

Hali ham TWR qurilmagan, ammo 2006 yilda Intellektual korxonalar nomli spin-offni ishga tushirdi TerraPower keyinchalik "sayohat to'lqinli reaktor" deb nomlangan bunday reaktorning ishchi dizaynini modellashtirish va tijoratlashtirish. TerraPower kompaniyasi past va o'rta (300 MWe) hamda yuqori quvvatli (~ 1000 MWe) ishlab chiqarish quvvatlari uchun TWR dizaynlarini ishlab chiqdi.[12] Bill Geyts uning 2010 yilda TerraPower-ni namoyish etdi TED gapirish.[13]

2010 yilda TerraPower guruhi WO2010019199A1 "Issiqlik quvurlari yadroviy bo'linish deflagratsion to'lqinli reaktorni sovutish" dan so'ng EP 2324480 A1 patentini olishga murojaat qildi. Ariza 2014 yilda qaytarib olingan deb hisoblanadi.[14]

2015 yil sentyabr oyida TerraPower va Xitoy milliy yadro korporatsiyasi (CNNC) TWRni birgalikda ishlab chiqish bo'yicha o'zaro anglashuv memorandumini imzoladi. TerraPower 2018-2022 yillarda 600 MWe namoyish zavodini (TWR-P) qurishni rejalashtirgan, so'ngra 2020 yillarning oxirida 1150 MWe hajmdagi yirik tijorat zavodlari qurilishi rejalashtirilgan.[15] Biroq, 2019 yil yanvar oyida texnologiya uzatish cheklovlari tufayli loyihadan voz kechilganligi e'lon qilindi Tramp ma'muriyati.[16]

Reaktor fizikasi

TerraPower-ning TWR-dagi maqolalari va taqdimotlari[17][18][19] suyuq natriy bilan sovutilgan basseyn tipidagi reaktorni tavsiflang. Reaktor, avvalambor, tugagan uran-238 "unumdor yoqilg'i" bilan ta'minlanadi, ammo uni boshlash uchun ozgina miqdorda boyitilgan uran-235 yoki boshqa "bo'linadigan yoqilg'i" kerak bo'ladi bo'linish. Parchalanish natijasida hosil bo'ladigan tezkor spektrli neytronlarning bir qismi qo'shni unumdor yoqilg'ida (ya'ni ajralmaydigan uran) neytron tutilishi bilan so'riladi va u "hosil bo'ladi" plutonyum yadro reaktsiyasi bilan:

Dastlab, yadro unumdor material bilan to'ldirilgan, markaziy mintaqada bir necha bo'linadigan yoqilg'ining tayoqchalari joylashgan. Reaktor ishga tushirilgandan so'ng, yadro ichida to'rtta zona hosil bo'ladi: asosan, bo'linish mahsulotlari va qolgan yoqilg'ini o'z ichiga olgan tükenmiş zona; naslli yoqilg'ining bo'linishi sodir bo'ladigan bo'linish zonasi; ko'payish zonasi, bu erda bo'linadigan material neytron tutish orqali hosil bo'ladi; va qayta ishlanmagan o'z ichiga olgan yangi zona serhosil material. Energiya ishlab chiqaruvchi bo'linish zonasi yadro orqali barqaror rivojlanib, unumdor materialni samarali iste'mol qiladi va sarflangan yoqilg'ini qoldiradi. Ayni paytda bo'linish natijasida chiqarilgan issiqlik eritilgan natriy tomonidan so'riladi va keyinchalik yopiq tsiklli suvli tsiklga o'tkaziladi, bu erda elektr energiyasi bug 'turbinalari tomonidan ishlab chiqariladi.[18]

Yoqilg'i

Yadro reaktsiyasini "boshlash" uchun TWRlar ozgina miqdorda (~ 10%) boyitilgan uran-235 yoki boshqa bo'linadigan yoqilg'idan foydalanadilar. Yoqilg'ining qolgan qismi tabiiy yoki tugagan uran-238 dan iborat bo'lib, u 40 yil va undan ko'proq vaqt davomida doimiy ravishda energiya ishlab chiqarishi mumkin va shu vaqt ichida reaktor idishida muhrlanib qoladi.[19] TWR elektr energiyasining kilovatt-soatiga nisbatan ancha kam yoqilg'ini talab qiladi engil suvli reaktorlar (LWR), TWRlarning yuqori yoqilg'i yoqilishi, energiya zichligi va issiqlik samaradorligi tufayli. TWR reaktor yadrosi ichida qayta ishlashning katta qismini amalga oshiradi. Ishlatilgan yoqilg'ini oddiy "eritib tozalash" dan so'ng, boshqa naslchilik reaktorlari talab qiladigan plutonyumni kimyoviy ajratmasdan qayta ishlash mumkin. Ushbu xususiyatlar yonilg'i va chiqindilar hajmini sezilarli darajada kamaytiradi va tarqalishga qarshilikni kuchaytiradi.[18]

Tugatilgan uran xomashyo sifatida keng tarqalgan. Hozirda Qo'shma Shtatlardagi zaxiralarda 700 ming tonna mavjud bo'lib, bu qo'shimcha mahsulot hisoblanadi boyitish jarayon.[20] TerraPower hisob-kitoblariga ko'ra Paducahni boyitish vositasi zaxiraning o'zi 100 trillion dollarlik elektr energiyasiga teng bo'lgan energiya manbasini anglatadi.[19] TerraPower shuningdek, TWRlarning keng joylashtirilishi, tugatilgan uranning prognoz qilinayotgan global zaxiralarini ming yil davomida AQShning jon boshiga energiya sarflarida dunyo aholisining 80 foizini ta'minlashga imkon berishi mumkinligini taxmin qildi.[21]

Printsipial jihatdan, TWRlar hozirgi vaqtda radioaktiv chiqindilar sifatida tashlab yuborilgan LWRlardan ishlatilgan yoqilg'ini yoqish qobiliyatiga ega. Sarflangan LWR yoqilg'isi asosan past darajada boyitilgan uran (LEU) va TWR tez neytron spektrida bo'linish mahsulotlarining neytron yutilish kesimi LWR termal-neytron spektriga qaraganda bir necha darajaga kichikdir. Bunday yondashuv, aslida, yadro chiqindilari zaxiralarining umuman qisqarishiga olib kelishi mumkin bo'lsa-da, ushbu imkoniyatni amalga oshirish uchun qo'shimcha texnik rivojlanish talab etiladi.

TWRlar, asosan, o'zlarining yoqilg'isini qayta ishlatishga qodir. Har qanday ishlash jarayonida yoqilg'ining atigi 20-35% i yaroqsiz shaklga aylanadi; qolgan metall yaroqli bo'linadigan materialni tashkil qiladi. Qayta tiklang va kimyoviy ajralishlarsiz yangi haydovchi granulalarga o'ting, ushbu qayta ishlangan yoqilg'idan keyingi ishlash davrlarida bo'linishni boshlash uchun foydalanish mumkin, shu sababli uranni umuman boyitish zarurati yo'qoladi.

TWR kontseptsiyasi faqat uranni yoqish bilan cheklanmaydi plutoniy-239 a-da "tashabbuskor" sifatida 238U–239Pu tsikli, lekin kuyishi ham mumkin torium bilan uran-233 a-da "tashabbuskor" sifatida 232Th–233U tsikli.[22]

Sayohat to'lqini va tik turgan to'lqin

Zotli kuyish to'lqini TerraPower TWR dizayni reaktorning bir chetidan ikkinchi uchiga o'tmaydi[23] lekin asta-sekin markazdan tashqariga. Bundan tashqari, yoqilg'ining tarkibi yadroviy transmutatsiya orqali o'zgarganda, vaqt o'tishi bilan neytron oqimi va yoqilg'idan foydalanishni optimallashtirish uchun yonilg'i tayoqchalari doimiy ravishda yadro ichida o'zgarib turadi. Shunday qilib, to'lqin yoqilg'ida tarqalishiga yo'l qo'ymaslik o'rniga, yoqilg'ining o'zi asosan statsionar kuyish to'lqini orqali harakatlanadi. Bu ko'plab OAV xabarlariga zid,[24] ular kontseptsiyani yoqilg'ining tayog'idan pastga qarab harakatlanadigan kuyish hududi bo'lgan shamga o'xshash reaktor sifatida ommalashtirdilar. Statik yadro konfiguratsiyasini faol boshqariladigan "tik turgan to'lqin" yoki "soliton "Biroq, TerraPower dizayni harakatlanuvchi kuyish mintaqasini sovutish muammosidan qochadi. Ushbu stsenariyga binoan yonilg'i tayoqchalarini qayta konfiguratsiyasi robotlashtirilgan qurilmalar yordamida masofadan turib amalga oshiriladi; saqlovchi idish protsedura davomida yopiq bo'lib qoladi va shu bilan bog'liq to'xtab qolmaydi.

Adabiyotlar

  1. ^ S. M. Faynberg, "Muhokama sharhi", Tavsiya. Proc. B-10 sessiyasi, ICPUAE, Birlashgan Millatlar Tashkiloti, Jeneva, Shveytsariya (1958).
  2. ^ M. J. Driskoll, B. Atefi, D. D. Lanning, "Zotni baholash / kuyish tez reaktori kontseptsiyasi", MITNE-229 (1979 yil dekabr).
  3. ^ L. P. Feoktistov, "Jismoniy xavfsiz reaktor tushunchasini tahlil qilish", Preprint IAE-4605/4, rus tilida, (1988).
  4. ^ E. Teller, M. Ishikava va L. Vud "Uzoq muddatli ishlash uchun to'liq avtomatlashtirilgan yadro reaktorlari "(I qism), Proc. Chegaralar fizikasi simpoziumi, Amerika jismoniy jamiyati va Amerika fizika o'qituvchilari assotsiatsiyasi Texas yig'ilishi, Lubbok, Texas, AQSh (1995); Edvard Teller, Muriel Ishikava, Louell Vud, Roderik Xayd, Jon Nukolls, "Uzoq muddatli ishlash uchun to'liq avtomatlashtirilgan yadroviy reaktorlar II: yuqori haroratli, gaz bilan sovutilgan markaziy elektr stantsiyasining kontseptsiya darajasidagi nuqta dizayni tomon (II qism) ", Proc. Int. Conf. Rivojlanayotgan Yadro Energiya Tizimlari, ICENES'96, Obninsk, Rossiya (1996) UCRL-JC-122708-RT2.
  5. ^ H. van Dam, "O'zini barqarorlashtiruvchi muhimlik to'lqinli reaktor", Proc. Rivojlanayotgan atom energiyasi tizimlari bo'yicha o'ninchi xalqaro konferentsiyaning (ICENES 2000), p. 188, NRG, Petten, Niderlandiya (2000).
  6. ^ X. Sekimoto, K. Ryu va Y. Yoshimura, "QANDAY: yangi kuyish strategiyasi", Yadro fanlari va muhandisligi, 139, 1–12 (2001).
  7. ^ 2001 va 2005 yillarda Sekimoto tomonidan taklif qilinganidek, "Atom energiyasidagi taraqqiyot" da nashr etilgan
  8. ^ INES-3 protsessida nashr etilgan Popa-Simil tomonidan "badiiy adabiyotdan haqiqatga qadar rivojlangan yadro reaktori".
  9. ^ L. Popa_Simil, Liviu. "Mikro-Getero tuzilmalarida plutonium fyucherslari Plutoniy ishlab chiqarish yoqilg'i aylanishini yaxshilaydi". Plutoniy Fyuchers 2010.
  10. ^ L. Popa-Simil. "Yuzaki quvvat uchun kengaytirilgan yagona to'lqinli reaktor".
  11. ^ A.G. Osborne, GD Recktenwald, M.R. Deinert, "Yagona bo'linish to'lqinining tarqalishi", Xaos, 22, 0231480 (2012).
  12. ^ K. Weaver, C. Ahlfeld, J. Gilleland, C. Whitmer and G. Zimmerman, "Yadro yoqilg'isi aylanishini sayohat to'lqinli reaktorlar bilan kengaytirish", 9294-qog'oz, Global 2009 materiallari, Parij, Frantsiya, 6–11 sentyabr (2009).
  13. ^ Bill Geyts. Nolga qadar innovatsion!. TED. Olingan 2010-07-13.
  14. ^ Issiqlik quvurlari yadroviy bo'linish deflagratsiyasi to'lqinli reaktorni sovutish, olingan 2015-10-14
  15. ^ Jahon yadroviy yangiliklari http://www.world-nuclear-news.org/NN-TerraPower-CNNC-team-up-on-travelling-wave-reactor-25091501.html
  16. ^ Syuven, Chen; Elin, Mo; Tan, Jeyson; Ziwei, Tao (2019 yil 5-yanvar). "Xitoyda atom energetikasi bo'yicha sinov davom etmaydi'". Kayxin.
  17. ^ R. Mixal va E. M. Bleyk, "Jon Gillland: harakatlanuvchi to'lqinli reaktorda", Yadro yangiliklari, 30-32 bet, sentyabr (2009).
  18. ^ a b v Wald, M. (2009 yil 24-fevral). "2009 yilgi 10 ta rivojlanayotgan texnologiyalar: Sayohat to'lqinli reaktor". MIT Technology Review. Olingan 12 aprel, 2018.
  19. ^ a b v Gillland, Jon (2009-04-20). TerraPower, MChJ Yadro tashabbusi. Berkli shahridagi Kaliforniya universiteti, Bahor kollokviumi. Arxivlandi asl nusxasi 2009 yil 31-iyulda. Olingan 12 aprel, 2018.
  20. ^ Amerika Qo'shma Shtatlari Energetika vazirligi, "UF tugadi6 Inventarizatsiya va saqlash joylari " Arxivlandi 2009-08-27 da Orqaga qaytish mashinasi. Kirish oktyabr 2009 yil.
  21. ^ L. Vud, T. Ellis, N. Myhrvold va R. Petroski, "Italiya navigatorining yangi dunyosini o'rganish: iqtisodiy, to'liq ko'lamli, kam uglerodli, qulay sharoitda, tarqalishi-mustahkam, qayta tiklanadigan energiya manbalari tomon", 42-sessiya Sayyoraviy favqulodda vaziyatlar bo'yicha Erice xalqaro seminarlari, Erice, Italiya, 19024 yil avgust (2009).
  22. ^ Rusov, V. D .; Linnik, E. P.; Tarasov, V. A .; Zelentsova, T. N .; Sharf, I. V .; Vaschenko, V. N .; Kosenko, S. I .; Beglaryan, M. E .; Chernezhenko, S. A .; Molchinikolov, P. A .; Saulenko, S. I .; Byegunova, O. A. (2011). "Sayohat to'lqinli reaktori va neytron ko'paytiradigan muhitda yadro yonayotgan solitonga o'xshash to'lqinning mavjudligi". Energiya. 4 (12): 1337. doi:10.3390 / en4091337.
  23. ^ T. Ellis; R. Petroski; P. Xeyzlar; G. Zimmerman; D. Makalis; C. Uitmer; N. Turan; J. Xeyzlar; K. to'quvchi; J. Valter; J. Makvirter; C. Alhfeld; T. Burke; A. Odedra; R. Xayd; J. Gillland; Y. Ishikava; L. Vud; N. Mirvold; V. Geyts III (2010-06-14). To'lqinli reaktorlar: global energiya ehtiyojlari uchun haqiqatan ham barqaror va to'liq ko'lamli manba (PDF). Amerika Yadro Jamiyati, Yozgi Uchrashuv. Olingan 12 aprel, 2018.
  24. ^ M. Vald (2010-06-14). "Yangi reaktor ishlab chiqaruvchisi 35 million dollarlik infuzion yutdi". The New York Times. Olingan 15 iyun, 2010.

Qo'shimcha o'qish

Tashqi havolalar