Ядзерны ўзмацняльнік

З пляцоўкі Вікіпедыя
Перайсці да навігацыі Перайсці да пошуку

У ядзернай фізіцы ўзмацняльнік энергіі - гэта тып ядзерных энергетычных рэактараў, падкрытычны рэактар, у якім для ўзнікнення рэакцыі выкарыстоўваецца энергічны пучок часціц. У сваю чаргу, такая рэакцыя выдзяляе дастаткова энергіі для сілкавання паскаральніка часціц і адначасова для выпрацоўкі электраэнергіі (пераўтварэння яе ў электрычную або іншую). Гэта паняцце таксама называюць сістэмай з кіраваннем паскаральнікам (Accelerator-Driven System), альбо падкрытычным рэактарам, які кіруецца паскаральнікам .

Прататып яшчэ не пабудаваны. Патрэбны дадатковыя даследванні, каб ацаніць практычную мэтазгоднасць і напрацаваць інжынерныя вырашэнні.

Гісторыя[правіць | правіць зыходнік]

Гэта канцэпцыя італьянскага навукоўца Карла Рубіі, фізіка часціц Нобелеўскай прэміі і былога дырэктара еўрапейскай міжнароднай лабараторыі ядзернай фізікі CERN . Ён апублікаваў прапанову энергетычнага рэактара на аснове пратоннага паскаральніка цыклатрона з энергіяй пучка ад 800 МэВ да 1 ГэВ і мішэнню з торыем у якасці паліва і свінцом у якасці астуджальнай вадкасці. Схема Рубіі таксама выкарыстоўвае прынцыпы, распрацаваныя групай на чале з фізікам-ядзершчыкам Чарльзам Боўманам з Нацыянальнай лабараторыі ЗША ў Лос-Аламосе. [1]

Прынцып і мэтазгоднасць[правіць | правіць зыходнік]

Энергія крыніцы часціц узмацняецца з дапамогай паскаральніка (напрыклад, лінейнага , cінхратрону, цыклатрону або паскаральніка са статычным полем і зменным градыентам - сінхрацыклатрону FFAG), каб атрымаць рэлятывісцкі пучок высокай энергіі пратонаў. Прамень накіраваны на пранікненне ў ядро цяжкай металічнай мішэні, напрыклад, свінцу, торыя ці ўрану. Неэластычныя сутыкненні паміж пратонным пучком і мішэнню прыводзяць да распаду, які стварае ад дваццаці да трыццаці нейтронаў за адзін раз. [2] Магчыма павялічыць паток нейтронаў нейтронным узмацняльнікам у выглядзе тонкай плёнкі дзялімага матэрыялу, які атачае крыніцу распаду. Выкарыстанне ўзмацнення нейтронаў было таксама прапанавана ў рэактарах CANDU. Хоць CANDU і з'яўляецца пераважна крытычным дызайнам, многія паняцці могуць быць ужытыя да субкрытычнай сістэмы. [3] [4] Ядра торыя паглынаюць нейтроны, выпрацоўваючы такім чынам расшчапляемы ўран-233, ізатоп урану, якога ў прыродзе няма. Умераныя нейтроны выклікаюць дзяленне U-233, вызваляючы энергію.

Канструкцыя ўзмацняльніка можа быць створана ў цяперашні час з наяўнай тэхналогіяй, але патрабуе дадатковых даследаванняў, перш чым яна можа быць прызнана як практычнай, так і эканамічна мэтазгоднай.

Метадалогія сістэмы з кіраваннем паскаральнікам (ADS) даследуецца ў Японіі ў рамках праекта OMEGA (Option Making of Extra Gain from Actinides and fission products (яп.: オメガ計画?)).

Рычард Гарвін і Жорж Шарпак падрабязна апісваюць узмацняльнік энергіі ў сваёй кнізе " Мегаваты і мегатоны - пераломны момант у ядзерную эпоху?" (2001) на старонках 153-163.

Раней агульная канцэпцыя ўзмацняльніка энергіі, а менавіта падкрытычнага рэактара кіраванага паскаральнікам, была разгледжана Элвінам М. Вайнбергам і іншымі ў "Другой ядзернай эры" (1985) на старонках 62-64.

Перавагі[правіць | правіць зыходнік]

Канцэпцыя мае некалькі патэнцыяльных пераваг перад звычайнымі рэактарамі ядзернага дзялення :

  • Падкрытычны дызайн азначае, што рэакцыя не можа перайсці ў некантралюемую - калі штосьці пойдзе не так, рэакцыя спыніцца і рэактар астыне. Аднак расплаў можа адбыцца, калі будзе страчана здольнасць астуджаць актыўную зону.
  • Торый - элемент, што сустракаецца у прыродзе значна часцей за уран. Гэтая частата памяншае стратэгічныя і палітычныя праблемы паставак і змяншае патрэбу ў дарагім і энергаёмістым працзсе раздзялення ізатопаў. Торыя дастаткова для вытворчасці энергіі прынамсі на некалькі тысяч гадоў пры цяперашніх паказчыках спажывання. [5]
  • Узмацняльнік энергіі будзе вырабляць вельмі мала плутонію, таму, як мяркуецца, гэты прынцып больш варты да распаўсюджвання, чым звычайная ядзерная энергетыка (пытанне аб уране -233 як матэрыяле ядзернай зброі неабходна старанна ацаніць).
  • Існуе магчымасць выкарыстання рэактара для спажывання плутонію, скарачаючы сусветныя запасы гэтага вельмі доўгажывучага элемента.
  • Утвараюцца менш доўгажывучыя радыеактыўныя адыходы - адпрацаваны матэрыял разбураецца праз 500 гадоў да радыеактыўнага ўзроўню вугальнага попелу.
  • Стварэнне ўзмацняльніка энергіі патрабуе толькі інжынерных намаганняў, а не фундаментальных даследаванняў (у адрозненне ад прапаноў ядзернага сінтэзу). Усе тэхналогіі стварэння ўзмацняльніка энергіі былі прадэманстраваны.
  • Вытворчасць электраэнергіі можа быць больш эканамічна выгаднай у параўнанні з сучаснымі канструкцыямі атамных рэактараў, калі ўлічваць агульны паліўны цыкл і выдаткі на вывад з эксплуатацыі .
  • Канструкцыя можа працаваць у адносна невялікіх памерах, і можа змяняць выхадную магутнасць ва ўзгодзе са зменай нагрузкаі, мадулюючы пратонны прамень. Такое рашэнне здаецца прыдатным для краін без добра развітай сістэмы электрасетак .
  • Уласцівая бяспека і больш бяспечная транспартыроўка паліва (з-за меньшага ўзбагачэння, і меншай радыёактыўнасці) могуць зрабіць гэтую тэхналогію больш прыдатнай для развіваючыхся краін, а таксама для густанаселеных раёнаў.

Недахопы[правіць | правіць зыходнік]

  • Кожны рэактар мае патрэбу ў сваім уласным усталяванні (паскаральніку часціц) для генерацыі пратоннага пучка высокай энергіі, што задорага зараз. Акрамя дарагіх лінейных паскаральнікаў часціц, яшчэ не было пабудавана ніводнага паскаральніка пратонаў з дастатковай магутнасцю і энергіяй (> ~12 MW пры 1 GeV) . Зараз для стварэння нейтронаў, SNS (нейтронная крыніца) выкарыстоўвае пратонны прамень 1.44 MW, мадэрнізацыя прадугледжана да 5 MW. [6] Яго кошт у 1.1 billion USD уключаў даследчае абсталяванне, не патрэбнае для камерцыйнага рэактара.
  • Паліўны матэрыял трэба выбіраць старанна, каб пазбегнуць непажаданых ядзерных рэакцый. Гэта азначае поўнамаштабную ўстаноўку па перапрацоўцы ядзернай энергіі, звязаную з узмацняльнікам энергіі. [7]

Глядзіце таксама[правіць | правіць зыходнік]

  • Падкрытычны рэактар, які кіруецца паскаральнікам
  • Узнаўляльная энергія
  • Паліўны цыкл торыя
  • Рэактар-размнажальнік, тып ядзерных рэактараў, які атрымлівае энергію за кошт стварэння большай колькасці расшчапляемых матэрыялаў, чым спажываецца.
  • Ядзерная энергетыка на аснове торыя
  • Захоп мюона
  • Ядзерная трансмутацыя

Спіс літаратуры[правіць | правіць зыходнік]

  1. Rubbia Floats a Plan for Accelerator Power Plants, Science (Nov 1993). Праверана 10 November 2016.
  2. Spallation Target | Paul Scherrer Institut (PSI). Psi.ch. Праверана 16 жніўня 2016.
  3. http://www.tfd.chalmers.se/~valeri/Mars/Mo-o-f10.pdf
  4. Neutron amplification in CANDU reactors (недаступная спасылка). Архівавана з першакрыніцы 29 верасня 2007. Праверана 16 студзеня 2021.
  5. David JC McKay Sustainable Energy – without the hot air'
  6. http://accelconf.web.cern.ch/AccelConf/e04/PAPERS/TUPLT170.PDF
  7. Conceptual design of a fast neutron operated high power energy amplifier, Carlo Rubbia et al., CERN/AT/95-44, pages 42 ff., section Practical considerations

Знешнія спасылкі[правіць | правіць зыходнік]