Реактори нової "хвилі"

en.wikipedia.org/wiki/Traveling_wave_reactor

Білл Гейтс (Bill Gates) і Натан Мірвольд (Nathan Myhrvold), лідери двох країн в місцевому співтоваристві технологій, ставлять мільйони своїх грошей на технології, які могли б, між іншим, вирішити наші енергетичні проблеми, пропонуючи рішення питання, що викликає постійне роздратування - як поводитися з ядерними відходами.

Технологія, про яку йдеться, розробляється компанією TerraPower. Для початкової роботи над системою компанія співпрацює з японською Toshiba.

TerraPower винайшла новий вид ядерного реактора, що називають реактором на біжучий хвилі. В даний час для вироблення електроенергії ядерні реактори використовують збагачений уран, тобто з підвищеним вмістом U-235, ізотопом, що складає приблизно 0.7% від природного урану. Після відділення U-235 в процесі збагачення для фабрикації ядерного палива, решта урану містить переважно U-238 або так званий збіднений уран, який зазвичай зберігаються як радіоактивні відходи поруч із заводами зі збагачення.

На відміну від звичайного ядерного реактора реактор з біжучою хвилею використовує тільки невелику кількість збагаченого урану, а більшість його активної зони ​​складається із збідненого урану.

"Якщо подивитися глобально, скільки урану легко доступно", каже генеральний директор TerraPower Джон Джилеланд (John Gilleland): "Ви можете надавати всій планеті американський стандарт життя протягом багатьох сотень, а за деякими оцінками, тисяч років."

Розробка проводиться у час відновлення інтересу до ядерної енергії в США. У лютому адміністрація Обами схвалила 8 мільярдів доларів кредитних гарантій для нових ядерних реакторів. Через те, що ядерна енергетика не виробляє вуглекислий газ, то вважається, що це є спосіб скорочення викидів парникових газів. Тим не менш, окрім того є ще стурбованість з приводу розповсюдження ядерної зброї, можливих аварій і багаторічних питань з безпечної утилізації радіоактивних відходів, включаючи залишки з часів Другої світової війни на ядерному полігоні у Хенфорді, який Джон Джилеланд називає "ядерним барахлом", що марно розглядати як паливо навіть для реакторів з біжучою хвилею.

У даний час TerraPower досліджує матеріали для будівництва активної зони реактора. Джон Джилеланд каже, що він сподівається побачити перший реактор на біжучий хвилі побудованим до 2020 року і комерційного реактору, побудованим пізніше цього десятиріччя.

Як видно, що питання водночас актуальне і настільки ж цікаве як з наукової, так і з технологічної точок зору. Тому декілька слів про фізичні принципи, закладені у його основу.

Реактор на біжучий хвилі

Реактор на біжучий хвилі (реактор-самоїд, реактор Феоктистова) - теоретична концепція ядерного реактора на швидких нейтронах, що працює на урані-238 за рахунок напрацювання з нього плутонію-239. Головна відмінність ідеї від інших концепцій реакторів-розмножувачів в тому, що ланцюгова реакція поділу відбувається не відразу у всій активній зоні реактора, а обмежена певним ділянкою, яка з плином часу переміщається всередині цієї зони.

Коротка історія концепції

Вперше ідея «саморегульованого реактора», названа на заході концепцією «breed-and-burn», а в середовищі радянських фахівців «реакторами-самоїдами», була запропонована в 1958 співробітниками Курчатовського інституту С.М. Фейнбергом і Є.П. Кунегіним. Надалі такі реактори досліджували Майкл Дрісколл (1979), Л.П. Феоктистов, який «реанімував» ідею саморегульованого реактора в якості концепції «біжучої хвилі» (1988), Теллер, Ісікава і Вуд (1995), Хьюго ван Дам (2000), Хіросі Секімото (2001), обгрунтував ідею розрахунками і багаторазово доповідав про неї на міжнародних семінарах та конференціях.

Далі теоретичних досліджень концепція не рушила до теперішнього часу. У 2006 році корпорація Intellectual Ventures (що належить Натану Мірвольду) створила венчурну компанію TerraPower (до числа співвласників компанії входить Білл Гейтс) для створення промислового зразка реактора на біжучий хвилі. Розробляються моделі різної потужності - 300 і 1000 МВт.

Фізичні принципи роботи реактора

Документація та презентаційні матеріали компанії TerraPower описують реактор на біжучий хвилі як реактор басейнового типу, з охолодженням рідким натрієм. У якості ядерного палива використовується, в основному, збіднений уран, проте потрібна невелика кількість збагаченого урану для запуску ланцюгової реакції. Деякі швидкі нейтрони, утворені збагаченим паливом, поглинаються прилеглим шаром збідненого урану, який перетворюється на плутоній в результаті реакції:

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

• відпрацьоване паливо;
• збагачене паливо, в якій відбувається утворення нейтронів;
• паливо, що збагачується, в якому відбувається поглинання нейтронів;
• матеріал, що ще не вступив у реакцію.

Зона реакції переміщається всередині активної зони з плином часу. Тепловиділення від ядерної реакції перетворюється в електричну енергію за допомогою парових турбін.

Ядерне паливо

На відміну від реакторів на легкій воді, до яких належать усі водяні реактори, принаймні ті, що експлуатуються в Росії, і єдиного промислового реактора на швидких нейтронах, розташованого на Білоярській АЕС, реактор на біжучий хвилі може бути завантажений збідненим ураном для безперервної роботи протягом 60 років. Реактори на біжучий хвилі більш економічні, для них не потрібні спеціальні процедури збагачення ядерного палива.

Збіднений уран є досить доступною сировиною. Так у США є понад 700 тис. метричних тонн збідненого урану, який є побічним продуктом в процесі збагачення природного урану.

Теоретично, в якості палива може використовуватися відпрацьоване паливо як звичайних водяних реакторів, так і інших реакторів на біжучий хвилі.

Джерела:

• http://www.seattlebusinessmag.com/article/next-wave
• http://ru.wikipedia.org/wiki/Реактор_на_бегущей_волне

Див. також:

• Блог ТРЗУ: Індія працює над торієвим ядерним реактором - 09 Лис 2011
• Блог ТРЗУ: Китай переосмислює ядерну енергетику - 23 Жов 2011
• Блог ТРЗУ: Кабмін схвалив розміщення в Чорнобильській зоні ... - 11 Лип 2011
• Блог ТРЗУ: Торієвий шанс - 09 Тра 2011