Ядерная энергетика Курсовой проект по дисциплине "Детали машин" Лекции по физике Начертательная геометрия Черчение Контрольная по математике Дизайн квартир

Ядерная энергетика

Оружейный уран и плутоний - стратегический и залоговый материал в ториевой энергетике.

Возможно в будущем торий займет место урана и станет важнейшим стратегическим материалом - энергоносителем. При этом сплавы тория с добавками оружейного урана или плутония могут служить новым залоговым материалом для получения кредитов со стороны заинтересованных финансовых кругов, так как полностью удовлетворяют главным требованиям к таким материалам. Недостатки ториевого цикла то же хорошо известны:

Ториевый цикл, в целом, дороже уранового.

Ториевые твэлы обладают высокой гамма-радиоактивностью, что затрудняет обращение с ними.

Топливо из тория и образующегося урана-233 характеризуется жестким у-излучением энергии 2.6 Мэв, источником которого является 208Tl, образующийся при радиоактивном распаде 232U. В свою очередь U образуется из U в результате (n, 2n) реакции. Коротковолновое у-излучение обусловливает необходимость дистанционного управления всеми операциями топливного цикла из операторского помещения, обеспеченного защитным экраном, что увеличивает затраты ториевого цикла по сравнению с урановым топливным циклом.

Поэтому ториевое топливо пойдет в энергетические реакторы только после существенной модернизации уран-ториевого цикла (новая технология производства тепловыделяющих элементов.

Уран-ториевый цикл на базе докритического реактора

Наиболее перспективным направлением разработки новых энергетических реакторов представляется создание ториевого докритического реактора снабженного ионным ускорителем.

В мире ежегодно образуется долгоживущих радиоактивных нуклидов в количестве 430 млн. кюри. Самые опасные из них - долгоживущие или делящиеся актиноиды. Устранить опасности, связанные с накоплением долгоживущих актиноидов, можно на новой основе давно известного уран-ториевого топливного цикла, внеся в него кардинальные усовершенствования. Действительно, как уже говорилось выше, существующие реакторы работают на урановом цикле, постоянно нарабатывая плутоний. К 1990 в мире уже было 902 т плутония из них 248 т обогащенного плутония. Даже если новые АЭС не будут вводиться в строй, к 2050 г будет накоплено 5000 т плутония, 85 т америция и 270 т нептуния.

Предлагается создать ядерный топливный цикл на основе ториевого жидкосолевого ядерного гомогенного реактора с внешним источником возбуждения нейтронов. Работа ториевого гомогенного реактора организуется в так называемом «доминирующем режиме распада», при котором практически не происходит накопления ядер актиноидов с массовым числом более 235. Весь комплекс ядерной установки размещается под землей на глубине не менее 50 метров. В качестве делящегося материала будет использоваться 233U, а в качестве воспроизводящего материала - Th. В начале реактор работает на чистом U как источнике нейтронов, а затем из тория рождается 233U и реакция идет сама собой в течение 50 лет (нужно только иногда добавлять торий). В какой-либо перезарядке реактор не нуждается. В реакторе каскадного типа применяется внешний источник нейтронов - ускоритель электронов (возможно - ускоритель протонов). Пучок ускоренных электронов падает на мишень, в которой за счет ядерных реакций образуются нейтроны. Две реакторные зоны - расплавы фторидов урана (нелетучий тетрафторид) и лития имеют несколько различный состав. Температура солей 500оС - первый контур и 430оС - второй контур. При работе с потоком

нейтронов 1015 н/см2с некоторое количество плутония все же образуется, поэтому полагают работать на потоке 1013 н/см2с. Нейтронный яд - ксенон - постоянно выводится и поглощается. После окончания работы фториды перерабатываются газообразным фтором. При этом высшие фториды урана возгоняются и возвращаются в реактор. Остаток хранится 300-400 лет, а затем используется в виде фторидных стекол. Реактор имеет 5 барьеров безопасности, в том числе - безопасность от диверсий. При потоке (флюенсе) 1013 н/см2с и мощности 1 Гвт объем реактора 350

Преимущества предлагаемой новой технологии: -исключается наработка и накопление трансурановых элементов и большого количества долгоживущих высокорадиоактивных отходов, тем самым решается проблема по обращению с отходами;

-топливный цикл полностью замыкается и работает в режиме самообеспечения делящимся материалом с периодической подпиткой воспроизводящим неделящимся природным материалом - тетрафторидом тория;

-полностью исключается сброс радиоактивных газов в атмосферу;

-полностью исключается транспортировка по воде и суше высокорадиоактивных отходов и больших количеств делящихся материалов;

-подземная компоновка резко повышает экологическую безопасность, поэтому АЭС может быть вплотную приближена к потребителю тепла, в том числе и крупного города; -примерно в 1000 раз уменьшается объем высокорадиоактивных отходов; -себестоимость электроэнергии снижается не менее, чем в 2 раза.

Уран-плутонивый цикл

В настоящее время в мире накоплено избыточное количество оружейного плутония. Это название обычно применяется к плутонию с содержанием 240Pu менее 7%.

Реакторный плутоний Подавляющая часть сегодняшней атомной энергетики использует урановое горючие

Возможности обогащения плутония Применение технологий обогащения урана для удаления нежелательных изотопов плутония технически возможно

Денатурированный плутоний Если извлеченный из отработавшего топлива плутоний повторно использовать в реакторах на быстрых нейтронах, его изотопный состав постепенно становится менее пригодным для оружейного использования

Торий-плутонивый цикл В настоящее время в стадии разработки находится торий-плутониевый цикл (точнее 322Th-U- Pu цикл). Основа нового топлива - торий и оружейный плутоний, смесь которых поставляется в виде топливных сборок на обычные ядерные реакторы, где она и сжигается, попутно производя электроэнергию

Повышение глубины выгорания урана и плутония находится в фокусе развития топливной программы, поскольку влечет за собой экономически более эффективную эксплуатацию реактора

Вместе с тем, экономические изменения в период до 2050 могут потребовать пересмотра стратегии вторичной переработки топлива, то есть баланса между наработкой и сжиганием плутония, и пересмотра роли быстрых реакторов


Радиохимические заводы России