Модуль умножения энергии

Модуль умножения энергии ( EM² или EM в квадрате ) — это ядерный энергетический реактор деления , разрабатываемый компанией General Atomics . [1] Это версия газотурбинного модульного гелиевого реактора (GT-MHR) на быстрых нейтронах, способная преобразовывать отработанное ядерное топливо в электроэнергию и промышленное технологическое тепло. [2]

Технические характеристики конструкции

EM2 — это усовершенствованный модульный реактор, который, как ожидается, будет производить 265 МВт эл. (500 МВт тепл. ) мощности с испарительным охлаждением (240 МВт эл. с сухим охлаждением) при температуре на выходе активной зоны 850 °C (1600 °F). Реактор будет полностью закрыт подземной защитной оболочкой в ​​течение 30 лет без необходимости дозаправки. [3] EM2 отличается от нынешних реакторов тем, что он не использует водяной охладитель, а вместо этого является газоохлаждаемым быстрым реактором , который использует гелий в качестве охладителя для дополнительного уровня безопасности. Реактор использует композит из карбида кремния в качестве материала оболочки топлива и силицида циркония в качестве материала отражателя нейтронов . Реакторный блок соединен с газовой турбиной замкнутого цикла с прямым приводом на гелии , которая приводит в действие генератор для выработки электроэнергии.

Конструкция ядерного ядра основана на новой технологии преобразования, в которой начальная «стартовая» секция ядра обеспечивает нейтроны для преобразования воспроизводящего материала (использованного ядерного топлива, тория или обедненного урана ) в сжигаемое расщепляющееся топливо. [4] Блоки EM2 первого поколения используют обогащенные урановые стартеры (примерно 15 процентов U235 ) для инициирования процесса преобразования. [5] Стартовый U235 расходуется по мере преобразования воспроизводящего материала в расщепляющееся топливо. Ожидаемый срок службы ядра составляет около 30 лет без дозаправки или перестановки топлива.

Значительное количество пригодного к использованию расщепляющегося материала остается в ядре EM2 в конце срока службы. Этот материал может быть повторно использован в качестве стартера для второго поколения EM2 без обычной ядерной переработки . [6] Не требуется разделения отдельных тяжелых металлов и не требуется дополнительного обогащенного урана . Будут удаляться только продукты деления , которые распадутся до уровня, близкого к фоновому, примерно за 500 лет по сравнению с обычным отработанным топливом, для которого требуется около 10 000 лет. [7]

Все выбросы тяжелых металлов EM2 могут быть переработаны в новые блоки EM2, эффективно замкнув ядерный топливный цикл , что сведет к минимуму риски ядерного распространения и необходимость в долгосрочных хранилищах для обеспечения безопасности ядерных материалов.

Экономика и потенциал рабочей силы

Ожидается, что затраты на электроэнергию EM2 будут ниже из-за высокой эффективности преобразования энергии (из теплового входа в электрический выход), уменьшенного количества компонентов и длительного срока службы активной зоны. Ожидается, что EM2 достигнет теплового КПД выше 50% из-за высокой температуры на выходе активной зоны и замкнутого цикла мощности Брайтона. Цикл Брайтона исключает многие дорогостоящие компоненты, включая парогенераторы , компенсаторы давления, конденсаторы и насосы питательной воды. Конструкция будет использовать только 1/6 часть ядерного бетона обычного легководного реактора. [8]

Каждый модуль может быть изготовлен как на внутренних, так и на зарубежных предприятиях США с использованием производства запасных частей и управления цепочкой поставок с крупными компонентами, доставляемыми коммерческим грузовиком или железной дорогой на площадку для окончательной сборки, где он будет полностью закрыт подземной защитной конструкцией. Возможность сухого охлаждения позволяет размещать в местах без источника охлаждающей воды.

Если реактор станет частью водородной экономики , температура теплоносителя на выходе 850°C позволит использовать цикл серы и йода , который напрямую преобразует тепловую энергию в водород (без электрических или других промежуточных стадий) с общим тепловым КПД около 50%.

Ядерные отходы

EM2 может сжигать отработанное ядерное топливо , также называемое « отработанным топливом » из современных легководных реакторов . Он может использовать приблизительно 97% неиспользованного топлива, которое современные реакторы оставляют в виде отходов.

Отработанные топливные стержни из обычных ядерных реакторов помещаются на хранение и считаются ядерными отходами , как ядерной промышленностью, так и широкой общественностью. [9] Ядерные отходы из легководных реакторов сохраняют более 95% своей первоначальной энергии, поскольку такие реакторы не могут сжигать плодотворный U238, в то время как быстрые реакторы могут. Текущий запас отработанного топлива в США эквивалентен девяти триллионам баррелей нефти — в четыре раза больше известных запасов.

Нераспространение

Используя отработанные ядерные отходы и запасы обедненного урана в качестве источника топлива, крупномасштабное развертывание EM2 может сократить долгосрочную потребность в обогащении урана и исключить традиционную ядерную переработку, которая требует выделения плутония. [10]

Обычные легководные реакторы требуют перезарядки каждые 18 месяцев. 30-летний топливный цикл EM2 сводит к минимуму необходимость в обращении с топливом и сокращает доступ к топливному материалу, тем самым снижая опасения по поводу распространения.

Ядерная безопасность и защита

EM2 использует пассивные системы безопасности, разработанные для безопасного отключения реактора в аварийных ситуациях, используя только гравитацию и естественную конвекцию. [11] Стержни управления автоматически вставляются во время инцидента с потерей мощности посредством гравитации. Поток естественной конвекции используется для охлаждения активной зоны во время инцидентов с потерей мощности на всей площадке. Для аварийного охлаждения не требуется внешнего водоснабжения. Использование карбида кремния в качестве оболочки топлива в активной зоне гарантирует отсутствие образования водорода во время аварийных сценариев и обеспечивает более длительный период реагирования по сравнению с оболочкой из циркалоя, используемой в современных реакторах.

Подземное размещение повышает безопасность и защищенность завода от терроризма и других угроз.

Высокая рабочая температура EM2 может обеспечить технологическое тепло для нефтехимических топливных продуктов и альтернативных видов топлива , таких как биотопливо и водород . [12]

Смотрите также

Ссылки

  1. ↑ Логан Дженкинс (10 января 2013 г.). «ДЖЕНКИНС: Горячий молодой кандидат на замену старых реакторов Сан-Онофре». San Diego Union Tribune . Получено 19 января 2013 г.
  2. ^ Freeman, Mike (24 февраля 2010 г.). «У компании есть план по малым реакторам». San Diego Union Tribune .
  3. ^ "Advanced Reactors". General Atomics . Получено 19 февраля 2018 г.
  4. ^ «С неопределенностью утилизации реакторы, сжигающие отходы, набирают обороты – EM2 для сжигания топлива LWR», Nuclear New Build Monitor, 15 марта 2010 г.
  5. ^ Чой, Х. (2013). «Компактный газоохлаждаемый быстрый реактор со сверхдлинным топливным циклом». Наука и технология ядерных установок . 2013 : 1– 10. doi : 10.1155/2013/618707 .
  6. ^ "Advanced Reactors". General Atomics . Получено 19 февраля 2018 г.
  7. ^ Чой, Х. (2013). «Компактный газоохлаждаемый быстрый реактор со сверхдлинным топливным циклом». Наука и технология ядерных установок . 2013 : 1– 10. doi : 10.1155/2013/618707 .
  8. ^ Смит, Ребекка (22 февраля 2010 г.). «General Atomics предлагает завод, работающий на ядерных отходах». The Wall Street Journal .
  9. ^ Парментола, Джон (11 марта 2010 г.). «Письмо редактору в ответ на «Ядерная энергетика — не экологичный вариант — она производит радиоактивные отходы; для нее требуется уран, добыча которого опасна; это очень дорого»». Los Angeles Times .
  10. ^ Фэрли, Питер (11 мая 2010 г.). "7. "Уменьшение размеров атомных электростанций – модульные конструкции полагаются на "экономию за счет многократных изменений", чтобы сделать малые реакторы окупаемыми"". IEEE Spectrum .
  11. ^ "Advanced Reactors". General Atomics . Получено 19 февраля 2018 г.
  12. ^ "Small Nuclear Power Reactors". Всемирная ядерная ассоциация. Август 2010. Архивировано из оригинала 2013-02-12 . Получено 2010-09-09 .
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Модуль_умножителя_энергии&oldid=1240374352"