Реактор на біжучій хвилі

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку

Реактор на біжучій хвилі (реактор Феоктистова) — теоретична концепція ядерного реактора на швидких нейтронах, що працює на ізотопі урану-238 за рахунок напрацювання з нього плутонію-239. Головна відмінність ідеї від інших концепцій реакторів-розмножувачів полягає в тому, що ланцюгова реакція поділу відбувається не відразу у всій товщі активної зони реактора, а обмежена певною ділянкою, яка з плином часу переміщується всередину цієї зони.

Історія концепції[ред. | ред. код]

Вперше ідея «саморегульованого реактора», відома на заході під назвою концепції «breed-and-burn» виникла в 1958 році в співробітників Курчатовського інституту С. М. Фейнберга і Є. П. Кунегіна[1]. Надалі такі реактори досліджували Майкл Дрісколл (1979)[2], Л. П. Феоктистов, один з творців водневої бомби, який «реанімував» ідею саморегульованого реактора в концепції «біжучої хвилі» в 1988 році[3][4], Едвард Теллер, батько американської водневої бомби, Ісікава й Вуд (1995)[5], Хьюго ван Дам (2000)[6]. Хіросі Секімото в 2001 році обґрунтував ідею розрахунками та багато разів доповідав про неї на міжнародних семінарах і конференціях[7][8].

Схематичний розріз проектного реактора Toshiba 4S

Далі теоретичних досліджень концепція так і не рушила[9]. У 2006 році корпорація Intellectual Ventures створила венчурну компанію TerraPower (в число співвласників компанії входить Білл Гейтс і Натан Мірвольд (англ. Nathan Myhrvold)) для створення промислового зразка реактора на біжучій хвилі[10]. У процесі технологічної розробки знаходяться моделі різної потужності — 300 і 1000 МВт[11]. Компаньйон TerraPower, японська компанія Toshiba має власний проект компактного ядерного реактора Super-Safe, Small and Simple (4S), що здатний пропрацювати 30 років, саме його було обрано за основу при створенні нового типу реактора[12]. Джон Джилеланд сподівається побачити перший лабораторний реактор на біжучий хвилі до 2020 року[11].

Проблеми[ред. | ред. код]

Компанія TerraPower відмовилась від створення зразка нового типу ядерних реакторів на біжучій хвилі на користь реактора на стоячій хвилі[13]. Компанія зіткнулась з технологічними проблемами надвисоких вигорянь і доз пошкоджень. Виявились також теоретичні протиріччя: проект робив ставку на довгу активну зону, проти чого виступили великі гідравлічні тиски, коротка ж активна зона не давала достатньо високих коефіцієнтів конверсії палива[13]. Видовжена конструкція реактора Toshiba 4S не дозволяла ефективно використовувати потік нейтронів, направлений в усі боки рівномірно. Нова концепція реактора на стоячій хвилі пропонує використання роботів для постійного переміщення касет з паливом з одних зон до інших. Коефіцієнт вигоряння палива в новому типі реактора буде обмежений 30 %[13].

Принципи роботи[ред. | ред. код]

Принцип роботи реактора на біжучій хвилі

Документація та презентаційні матеріали компанії TerraPower[14][15][16] описують реактор на біжучій хвилі як реактор басейнового типу, з охолодженням рідким натрієм. Як ядерне паливо використовується збіднений уран, однак потрібна й невелика кількість збагаченого урану для початку ланцюгової реакції. Деякі швидкі нейтрони, вироблені збагаченим паливом, поглинаються прилеглим шаром збідненого урану, який перетворюється на плутоній в результаті реакції:

Спочатку, активна зона заповнена збідненим ураном. Невелика кількість збагаченого палива розміщується з одного боку зони. У процесі роботи активна зона реактора ділиться на 4 частини, що містять:

  • відпрацьоване паливо, плутоній-239 (на анімації позначено чорним);
  • збагачене паливо, в якому відбувається утворення нейтронів (на анімації темно-зеленим);
  • паливо, що збагачується, в якому відбувається поглинання нейтронів (на анімації світло-зеленим);
  • матеріал, який ще не вступав в реакцію, уран-238 (на анімації позначено червоним).

Зона реакції переміщується товщею активної зони з плином часу. Тепловиділення від ядерної реакції перетворюється на електричну енергію за допомогою парових турбін.

Ядерне паливо[ред. | ред. код]

На відміну від реакторів на легкій воді, до яких відносяться всі водяні реактори, реактор на біжучий хвилі може бути завантажений збідненим ураном для безперервної роботи протягом 60 років[15]. На даний час для вироблення електроенергії ядерні реактори використовують збагачений уран, з підвищеним вмістом урану-235, ізотопом, що становить приблизно 0,7 % від природної суміші ізотопів урану. Після відділення урану-235 в процесі збагачення, решта металу містить переважно уран-238, або так званий збіднений уран, який зазвичай зберігаються як радіоактивні відходи поруч із заводами зі збагачення[17]. Реактори на біжучій хвилі економніші, для них не потрібні спеціальні процедури збагачення ядерного палива. Збіднений уран є досить доступною сировиною. Так тільки в США існує понад 700 000 тонн збідненого урану.

Теоретично, як паливо може використовуватися відпрацьоване паливо як звичайних водяних реакторів, так й інших реакторів на біжучий хвилі.

Роботи в Україні[ред. | ред. код]

Американський фізик Едвард Теллер був пов'язаний з харківською школою фізиків-теоретиків Ландау, Курчатова, Ахієзера, Лівшиця. У 1930-х роках він направляв на навчання до Льва Ландау фізика угорського походження, Ласло Тісса, а у 1990-х направив групу з 8 вчених до харківського Інституту теоретичної фізики імені О. І. Ахієзера при Харківському фізико-технічному інституті розробляти атомні реактори нового покоління[18]. У принциповій схемі харківських вчених як пальне використовується суміш (1:1) урану-238 і торію-232 з глибиною вигоряння до 50 %[18].

Див. також[ред. | ред. код]

Примітки[ред. | ред. код]

  1. ↑ (англ.) S. M. Feinberg Discussion Comment // Record of Proceedings Session B-10, Int. Conf. on the Peaceful Uses for Atomic Energy. — Geneva, Switzerland: United Nations, 1958. — Том 9. — № 2. — С. 447.
  2. ↑ (англ.) M. J. Driscoll, B. Atefi, D. D. Lanning, An Evaluation of the Breed/Burn Fast Reactor Concept, MITNE-229 за грудень 1979 року.
  3. ↑ (рос.) Феоктистов Л. П. Анализ одной концепции физически безопасного реактора, препринт ИАЭ-4605/4, Москва — ЦНИИатоминформ, 1988.
  4. ↑ (англ.) V. D. Rusov, D. A. Litvinov, S. Cht. Mavrodiev, E. P. Linnik, V. N. Vaschenko, T. N. Zelentsova, M. E. Beglaryan, V. A. Tarasov, S. A. Chernegenko, V. P. Smolyar, P. O. Molchinikolov, K. K. Merkotan. The KamLAND-experiment and Soliton-like Nuclear Georeactor. Part 1. Comparison of Theory with Experiment. Cornell University.
  5. ↑ (англ.) E. Teller, M. Ishikawa, and L. Wood, Completely Automated Nuclear Power Reactors for Long-Term Operation [Архівовано 21 січня 2022 у Wayback Machine.], Proc. Of the Frontiers in Physics Symposium, American Physical Society and the American Association of Physics Teachers Texas Meeting, Lubbock, Texas, United States (1995).
  6. ↑ (англ.) H. van Dam, The Self-stabilizing Criticality Wave Reactor [Архівовано 24 вересня 2015 у Wayback Machine.], Proc. Of the Tenth International Conference on Emerging Nuclear Energy Systems (ICENES 2000), p. 188, NRG, Petten, Netherlands (2000).
  7. ↑ (англ.) H. Sekimoto, K. Ryu, and Y. Yoshimura, CANDLE: The New Burnup Strategy, Nuclear Science and Engineering, 139, 1-12 (2001).
  8. ↑ (рос.) Георгий Тошинский: реактор из Обн-Аламоса для СВБР не конкурент [Архівовано 24 квітня 2013 у Wayback Machine.]. Интервью с Г. И. Тошинским. — AtomInfo.Ru від 4 лютого 2010 року.
  9. ↑ (рос.) Филипп Бетке. Электричество из-под земли. [Архівовано 22 серпня 2017 у Wayback Machine.] — публікація на PROatom.ru від 19 квітня 2010 року.
  10. ↑ (рос.) Антон Благовещенский. Toshiba и Билл Гейтс обеспечат человечество энергией на столетия. [Архівовано 16 березня 2014 у Wayback Machine.] — Российская газета від 24 березня 2010 року.
  11. ↑ а б (англ.) K. Weaver, C. Ahlfeld, J. Gilleland, C. Whitmer and G. Zimmerman, Extending the Nuclear Fuel Cycle with Traveling-Wave Reactors, Paper 9294, Proceedings of Global 2009, Paris, France, September 6-11, (2009).
  12. ↑ (англ.) Bill Gates, Toshiba in early talks on nuclear reactor. [Архівовано 16 березня 2014 у Wayback Machine.] — Sydney Morning Herald, від 23 березня 2010 року.
  13. ↑ а б в (рос.) Рычин В. TWR — прибежавшая волна. [Архівовано 22 липня 2012 у Wayback Machine.] — Atominfo.ru, 9 червня 2011 року.
  14. ↑ (англ.) R. Michal and E. M. Blake. John Gilleland: On the traveling-wave reactor. [Архівовано 2012-04-02 у Wayback Machine.] Nuclear News, p. 30-32 — вересень 2009 року.
  15. ↑ а б (англ.) Wald, M. 10 Emerging Technologies of 2009: Traveling-Wave Reactor. [Архівовано 16 березня 2014 у Wayback Machine.] — MIT Technology Review, березень-квітень 2009 року.
  16. ↑ (англ.) Gilleland, John. TerraPower, LLC Nuclear Initiative. — University of California at Berkeley, Spring Colloquium, за 20 квітня 2009 року.
  17. ↑ Реактори нової «хвилі». [Архівовано 16 березня 2014 у Wayback Machine.] — Блог Товариства радіаційного захисту України, 6 грудня 2011 року.
  18. ↑ а б (рос.) Олена Зеленіна Зачем Биллу Гейтсу… реактор? [Архівовано 16 березня 2014 у Wayback Machine.] — Українська технічна газета від 16 грудня 2013 року.

Посилання[ред. | ред. код]

Отримано з https://uk.wikipedia.org/w/index.php?title=Реактор_на_біжучій_хвилі&oldid=41821523