Войти
Численное моделирование TWR. Красный: уран-238, светло-зеленый: плутоний-239, черный: продукты деления. Интенсивность синего цвета между плитками указывает на плотность нейтронов. A реактор бегущей волны (TWR ) - это предлагаемый тип ядерного реактора деления, который может преобразовывать плодородный материал в пригодное для использования топливо посредством ядерной трансмутации в тандеме с выгоранием делящегося материала. TWR отличаются от других типов быстрых нейтронов и реакторов-размножителей своей способностью эффективно использовать топливо без обогащения урана или переработки. непосредственно с использованием обедненного урана, природного урана, тория, отработавшего топлива, извлеченного из легководных реакторов, или некоторых сочетание этих материалов. Концепция все еще находится в стадии разработки, и TWR так и не были построены.
Название относится к тому факту, что деление остается ограниченным в пограничной зоне в активной зоне реактора, которая медленно прогрессирует с течением времени. Теоретически TWR могут работать автономно в течение десятилетий без дозаправки или удаления отработавшего топлива.
Реакторы бегущей волны были впервые предложены в 1950-х годах и периодически изучались. Концепция реактора, который может воспроизводить собственное топливо внутри активной зоны реактора, была первоначально предложена и изучена в 1958 году Савелием Моисеевичем Фейнбергом, который назвал его реактором "размножения и сжигания". Майкл Дрисколл опубликовал дальнейшие исследования концепции в 1979 году, как и в 1988 году, Эдвард Теллер / Лоуэлл Вуд в 1995, 2000 и 2001 годах.
TWR обсуждался на симпозиумах по инновационным ядерным энергетическим системам (INES) в 2004, 2006 и 2010 годах в Японии, где он назывался "CANDLE" Reactor, аббревиатура от постоянной осевой формы нейтронного потока, плотности нуклидов и формы мощности в течение жизненного цикла производства энергии. В 2010 году Попа-Симил обсудил случай микрогетероструктур, более подробно подробно описанный в статье «Размножение плутония в микрогетероструктурах улучшает топливный цикл», описывая TWR с глубоким выгоранием, усиленным плутониевыми топливными каналами и множественным потоком топлива. В 2012 году было показано, что волны деления представляют собой форму явления бистабильной реакции диффузии.
TWR еще не было построено, но в 2006 году Intellectual Ventures запустила дополнительный доход под названием TerraPower для моделирования и коммерциализации работающего проекта такого реактора, который позже стал называться «реактором бегущей волны». TerraPower разработала проекты TWR для объектов генерации низкой и средней (300 МВт), а также высокой (~ 1000 МВт) мощности. Билл Гейтс представил TerraPower в своем выступлении на TED 2010 .
В 2010 году группа компаний TerraPower подала заявку на патент EP 2324480 A1 в соответствии с WO2010019199A1 "Охлаждение реактора дефлаграционной волной с тепловыми трубками". Заявка была отозвана в 2014 году.
В сентябре 2015 года TerraPower и Китайская национальная ядерная корпорация (CNNC) подписали меморандум о взаимопонимании для совместной разработки TWR. TerraPower планировала построить демонстрационную установку TWR-P мощностью 600 МВт к 2018–2022 гг., А в конце 2020-х годов - более крупные коммерческие установки мощностью 1150 МВтэ. Однако в январе 2019 года было объявлено, что проект был заброшен из-за ограничений передачи технологий, наложенных администрацией Трампа.
В документах и презентациях по TWR TerraPower описывается реактор бассейнового типа. охлаждается жидким натрием. Реактор питается в основном «фертильным топливом» с обедненным ураном-238, но для инициирования деления требуется небольшое количество обогащенного урана-235 или другого «делящегося топлива». Некоторые из нейтронов быстрого спектра, образующиеся при делении, поглощаются за счет захвата нейтронов в соседнем воспроизводящем топливе (т.е. неделящемся обедненном уране), который «размножается» в плутоний в результате ядерной реакции:
Изначально активная зона загружена воспроизводящим материалом, а в центральной области сосредоточено несколько стержней с делящимся топливом. После запуска реактора в активной зоне образуются четыре зоны: обедненная зона, которая содержит в основном продукты деления и остатки топлива; зона деления, где происходит деление выращенного топлива; зона размножения, где делящийся материал создается путем захвата нейтронов; и свежая зона, которая содержит непрореагировавший плодородный материал. Зона деления, генерирующая энергию, неуклонно продвигается через активную зону, эффективно потребляя перед ней плодородный материал и оставляя отработанное топливо позади. Между тем тепло, выделяемое при делении, поглощается расплавленным натрием и впоследствии передается в водный контур замкнутого цикла, где электроэнергия вырабатывается паровыми турбинами.
TWR используют только небольшое количество (~ 10%) обогащенного урана-235 или другого делящегося топлива для «инициирования» ядерной реакции. Остальная часть топлива состоит из природного или обедненного урана-238, который может непрерывно вырабатывать электроэнергию в течение 40 или более лет, и в течение этого времени остается герметичным в корпусе реактора. TWR требуют значительно меньше топлива на киловатт-час электроэнергии, чем легководные реакторы (LWR), из-за более высокого выгорания топлива, плотности энергии и теплового КПД у TWR. TWR также выполняет большую часть своей переработки в активной зоне реактора. Отработавшее топливо можно рециркулировать после простой «очистки расплава» без химического отделения плутония, которое требуется для других типов реакторов-размножителей. Эти особенности значительно сокращают объемы топлива и отходов, одновременно повышая устойчивость к распространению.
Обедненный уран широко доступен в качестве сырья. Запасы в Соединенных Штатах в настоящее время содержат приблизительно 700 000 метрических тонн, что является побочным продуктом процесса обогащения. TerraPower подсчитала, что запасы только обогатительной фабрики Paducah представляют собой энергетический ресурс, эквивалентный электроэнергии на сумму 100 триллионов долларов. TerraPower также подсчитала, что широкое развертывание TWR может позволить прогнозируемым глобальным запасам обедненного урана поддерживать 80% населения мира при потреблении энергии на душу населения в США в течение более тысячелетия.
В принципе, TWR способны сжигать отработавшее топливо из LWR, которое в настоящее время выбрасывается как радиоактивные отходы. Отработанное топливо LWR в основном представляет собой низкообогащенный уран (НОУ), и в спектре быстрых нейтронов TWR сечение поглощения нейтронов продуктами деления на несколько порядков меньше, чем в спектре тепловых нейтронов LWR. Хотя такой подход может фактически привести к общему сокращению запасов ядерных отходов, для реализации этой возможности требуются дополнительные технические разработки.
TWR также в принципе могут повторно использовать собственное топливо. В любом данном рабочем цикле только 20–35% топлива переходит в непригодную для использования форму; оставшийся металл представляет собой пригодный для использования делящийся материал. Перерабатываемое и перерабатываемое в новые таблетки-драйверы без химического разделения, это переработанное топливо можно использовать для инициирования деления в последующих циклах работы, тем самым полностью устраняя необходимость в обогащении урана.
Концепция TWR не ограничивается сжиганием урана с плутонием-239 в качестве «инициатора» в цикле U – Pu, но может также сжигать торий с уран-233 в качестве «инициатора» в цикле Th – U.
Размножающая волна в TerraPower конструкция TWR движется не от одного конца реактора к другому, а постепенно от центра. Более того, по мере того, как состав топлива изменяется в результате ядерной трансмутации, топливные стержни постоянно перетасовываются в активной зоне для оптимизации потока нейтронов и использования топлива с течением времени. Таким образом, вместо того, чтобы позволить волне распространяться через топливо, само топливо перемещается через в основном стационарную волну горения. Это противоречит сообщениям многих СМИ, которые популяризировали эту концепцию как реактор в виде свечи с зоной горения, которая перемещается вниз по топливной палочке. Однако за счет замены статической конфигурации сердечника активно управляемой «стоячей волной» или «солитоном » конструкция TerraPower позволяет избежать проблемы охлаждения движущейся области горения. Согласно этому сценарию реконфигурация топливных стержней выполняется дистанционно с помощью роботизированных устройств; во время процедуры защитный сосуд остается закрытым, без простоев.
