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. 10. Схема устройства субкритического реактора,
управляемого ускорителем.
На рис.10 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 вызывают цепные реакции в субкритичном коре. За исключением высокоэнергетичной
части, 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.
Эффективной трансмутации
минорных актинидов можно достичь в критических 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.
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.
