Субкритический реактор, управляемый ускорителем

   Субкритический реактор, управляемый ускорителем (energy amplifier или accelerator-driven system – ADS) это новый тип энергетического ядерного реактора, состоящего из субкритического реактора и  высокоэнергетического пучка ускорителя который служит для получения нейтронов, вызывающих реакцию деления, в результате которой выделяется достаточно энергии, чтобы питать ускоритель и получать дополнительную энергию.
    Идея использования сильноточных ускорителей в сочетании с субкритичными реакторами для получения энергии была предложено Бауманом (C.D. Bowman) и несколько позже К. Руббиа (Carlo Rubbia) с сотрудниками.


Рис. 8. Схема устройства субкритического реактора, управляемого ускорителем.

    На рис. схематически показано устройство ADS. В его состав входят. Высокоэнергетичный протонный ускоритель с энергией ~1 ГэВ и током ≥10мА, мишень из тяжелых элементов (Pb.W, U...), субкритический кор, где происходит деление под действием быстрых нейтронов, тепловых нейтронов или их комбинации. Теплоносителем служит жидкий свинец.  
    В  результате реакции выбивания (spallation) из мишени вылетают нейтроны, которые могут вызывать цепные реакции в субкритичном коре. За исключением высокоэнергетичного хвоста, спектр нейтронов не сильно отличается от спектра нейтронов деления. Каждый протон с энергией около 1 ГэВ выбивает из мишени из тяжелых элементов 20-30 нейтронов.

    Одной, если не самой существенной проблемой при использовании энергии деления является проблема утилизации отходов. Это и долгоживущие трансурановые элементы, такие как Pu. Np. Am. Cm и др., так и продукты деления, в частности 129I,  I35Cs,  99Tc, 93Zr, 107Pd. Трансурановые элементы составляют около1% массы отходов, однако их радиотоксичность через 1000 лет выдержки будет приблизительно в 20000 раз превышать радиотоксичность продуктов деления. Уничтожение минорных актинидов Np. Am. Cm и др. в критических реакторах связано с заметными трудностями.
    В тепловых реакторах не происходит сжигания минорных актинидов. Эффективная трансмутация минорных актинидов нуждается в нейтронах с энергиями >0.75 МэВ. Этого можно достичь в критических или субкритических сборках. Однако из-за малой доли запаздывающих нейтронов, создается проблема управления и безопасности в таких сборках. В быстрых реакторах для обеспечения безопасности при сжигании минорных актинидов приходится добавлять в топливо уран или торий. Оказывается, что невозможно построить устойчиво работающий критический реактор с топливом, состоящим более чем на 15 - 20% из минорных актинидов
    ADS хорошо приспособлен для сжигания топлива, которое производит небольшое количество запаздывающих нейтронов, и в критических реакторах привести к плохому управлению уровня критичности. Повышенная безопасность ADS обеспечивается управлением тока пучка. Когда ускоритель выключен процесс деления прекращается. В ADS в принципе можно сжигать чистые минорные актиниды, причем многократно, пока они полностью не сгорят. Это в сотни раз уменьшает их содержание в отходах по сравнению с отходами при однократном цикле.
    В Энергетических усилителях в качестве топлива с успехом может использоваться торий. Ториевый топливный цикл 232Th-233U имеет дополнительное преимущество, т.к. в нем образуется меньше долгоживущих актинидных отходов. У сжигающих торий установок на основе ADS может быть совсем небольшое количество урана или плутония для затравки процесса деления, а можно уран или торий в свежее топливо ADS можно вообще не добавлять.

Преимущества ADS

  • Субкритичность означает, что процесс не сможет "пойти вразнос". Достаточно выключить ускоритель(ли) и цепной процесс деления затухнет.
  • В системе можно использовать торий.
  • ADS производит мало плутония. Более того, плутоний в ADS  может эффективно сжигаться, что положительно сказывается на проблеме нераспространения ядерного оружия.
  • Исключается необходимость в дорогой и энергозатратной процедуре обогащения.урана.
  • Производить делящиеся материалы из фертильных (не делящихся) для их дальнейшего использования в субкритических и критических системах.
  • Преобразовывать некоторые изотопы, присутствующие в ядерных отходах , например. актиниды, продукты деления, уменьшая их вклад в радиоактивность в геологических репозиториях
  • Производится меньше радиоактивных отходов. Отходы ADS через 500 лет должны иметь актвность угольной золы.

previoushomenext

На головную страницу

Рейтинг@Mail.ru