Rejserende bølgereaktor

En vandrende bølgereaktor ( engelsk vandrende bølgereaktor , TWR ) er et teoretisk koncept for en atomreaktortype , det frugtbare materiale til fissilt materiale konverterer ( ruge ). TWR adskiller sig fra den hurtige opdrætter , fordi den klarer sig med lidt eller intet beriget uran . I stedet bruger den forarmet uran , naturligt uran , thorium eller brugte brændselsenheder af lette vandreaktorer (LWR) og kombinationer af de førnævnte materialer. Navnet stammer fra det faktum, at nuklear fission ikke finder sted i hele reaktoren, men kun i en bestemt zone i reaktoren, der spredes gennem kernen over tid.

Numerisk simulering af en kørende bølgereaktor, rød ²³⁸ U, grøn ²³⁹ Pu, blå neutrontæthed

historie

Idéen om en kørende bølgereaktor går tilbage til 1950'erne og er blevet taget op og videreudviklet siden da. Dette koncept for en reaktor, som dets eget brændstof opdrættede og lige så forbrugt selv, fra første gang i 1958 Saveli Feinberg udforskede. Feinberg sagde dette princip yngle-og-brænde (til tysk erbrüten og brænde ). Det blev udtænkt af Michael Driscoll i 1979, Lev Feoktistov i 1988, Edward Teller & Lowell Wood i 1995 , Hugo van Dam i 2000, Hiroshi Sekimoto i 2001 og er blevet fulgt af Bill Gates ' TerraPower siden 2006 .

Reaktorfysik

Artikler og præsentationer på TerraPower TWR beskriver en reaktor svarende til swimmingpoolreaktoren , der afkøles med flydende natrium . Reaktoren drives hovedsageligt med forarmet uran, men kræver en lille mængde beriget uran eller andre fissile materialer for at igangsætte nuklear fission. Nogle af de hurtige neutroner , der genereres under nuklear fission, omdanner tilstødende avlsmateriale (fx ikke-fissilt forarmet uran) til plutonium gennem neutronindfangning :

${\ displaystyle \ mathrm {^ {238} _ {\ 92} U \ + \ _ {0} ^ {1} n \ \ longrightarrow \ _ {\ 92} ^ {239} U \ {\ xrightarrow [{23, 5 \ min}] {\ beta ^ {-}}} \ _ {\ 93} ^ {239} Np \ {\ xrightarrow [{2.3565 \ d}] {\ beta ^ {-}}} \ _ { \ 94} ^ {239} Pu}}$

I begyndelsen er kernen fyldt med yngelmateriale. En lille mængde fissilt materiale tilsættes til den ene ende af reaktorkernen. Når reaktoren er i drift, kan der efter nogen tid skelnes mellem fire zoner i kernen:

• Den "friske" zone, som indeholder det ubrugte avlsmateriale.
• Avlsområdet, hvor nyt fissilt materiale skabes gennem neutronindfangning.
• Den fissionszone, hvor den nukleare fission finder sted.
• Den "brugte" zone, som indeholder fissionsprodukter samt ubrugt (klækket) brændstof.

Den energiproducerende spaltningszone vandrer gennem kernen over tid. Broematerialet forbruges på den ene side og fissionsprodukter og ubrugt brændstof efterlades på den anden. Den varme , der genereres under fission og avl reaktionen omdannes til elektrisk energi i en konventionel dampturbine - generator kombination .

brændstof

I modsætning til konventionelle reaktorer kan TWR'er fyldes med nok forarmet uran under konstruktion til at give energi i over 60 år eller mere ved fuld effekt. I forhold til det elektriske output forbruger TWR'er betydeligt mindre uran end tidligere reaktorer, da TWR'er forbrænder brændstoffet mere effektivt og har en bedre termisk effektivitet . TWR opnår genbearbejdning under drift uden den kemiske adskillelse, der er typisk for andre opdrættertyper, skal finde sted. Disse egenskaber reducerer mængden af ​​brændstof og affald betydeligt og gør spredning vanskeligere .

Udtømt uran fås i overflod som råvare, fordi det er et affaldsprodukt fra uranberigelse. USAs nuværende beholdning af forarmet uran er ca. 700.000 tons. TerraPower estimerer værdien af ​​den elektricitet, der skal genereres fra den til USD 100 billioner . Ifølge selskabet kunne TWR'er med forarmet uran, der er lagret over hele verden, levere 80% af verdens befolkning med elforbrug pr. Indbygger på niveau med den gennemsnitlige amerikanske borger i over et årtusinde. Derudover er der omkring 4,5 milliarder tons uran, som findes i opløst form i havvand.

I princippet kunne TWR'er bruge brugte brændselsenheder fra LWR'er. Dette er muligt, fordi disse brugte brændselselementer hovedsageligt består af forarmet uran, og fordi absorptionen af de hurtige neutroner i TWR i fissionsprodukter er flere størrelsesordener mindre end de termiske neutroner i LWR.

TWR'er er i princippet også i stand til at genbruge deres eget brændstof. Det brugte materiale fra TWR indeholder stadig fissilt materiale. Ved at reformere og indkapsle til nye piller kan brændstoffet genbruges i TWR'er uden kemisk oparbejdning. Dette eliminerer behovet for uranberigelse.

Mulige problemer

Da konstruktionen af ​​reaktoren endnu ikke er implementeret, skal der løses nogle nye problemer under konstruktionen, hvoraf nogle ligner dem fra andre opdrætterreaktorer .

• Reaktoren arbejder ved ca. 550 ° C (ca. 820 K) med relativt høje kernetemperaturer (se lette vandreaktorer arbejder ved 330 ° C). Dette forkorter levetiden for de involverede systemer.
• På grund af den høje materiale- og neutronomsætning er brændstofelementet mekanisk meget stresset.
• På grund af designet opvarmes kernen ikke jævnt, men i en begrænset zone, der genererer reaktorens fulde effekt.
• Den planlagte natriumafkøling har en iboende sikkerhedsrisiko. Af denne grund skal der anbringes et yderligere natriumkredsløb mellem det primære kredsløb og vanddampkredsløbet, så kun ikke-radioaktivt natrium reagerer med vand i tilfælde af lækage (se opdrætterreaktor ).

Reaktortypen er primært beregnet til produktion af basisbelastningselektricitet og er derfor ikke særlig velegnet til at dække restbelastningen , hvilket forbliver som forskellen mellem elforbrug og elproduktion fra svingende generatorer (især vind og sol).

Individuelle beviser