Ядерная энергетика будущего

[AlexAV]

Если посмотреть на рисунок



То может показаться, что можно сделать уран-плутонивый бридер из реактора с тяжёловодным замедлителем. Т.е. при вполне разумным водотополивном соотношение 1:1 уран даёт КВ не только больше 1, но и больше, чем торий. На практике, к сожалению нет, не получится. Дело в том, что у такого реактора будет положительный пустотный коэффициент реактивности.



Это значит, что при выкипание воды коэффициент размножения нейтронов будет не падать, а расти. А реактор не глохнуть, а ускоряться. В общем потёк трубопровод — привет Чернобыль. С точки зрения безопасности это совершенно неприемлемо.

Торий с тяжеловодным замедлителем в этом смысле при разумном водотопливном соотношение ведёт себя приличнее. Величина пустотного коэффициента реактивности для него тут отрицательная и отмеченной проблемы тут нет.


Ну и выводы.

1) В приведённых работах довольно убедительно показано, что ториевый ЗЯТЦ физически возможен.
2) Однако при реалистичном виде топливного цикла (когда в цикл вовлекается весь тяжёлый металл) он может быть реализован только с тяжёловодным замедлителем и при относительно небольшой глубине выгорания (по сравнению с уран-плутониевым в реакторе с жидкометаллическим теплоносителем).
3) При этом есть две области параметров, где его реализация возможна. Реакторы с очень плотными решётками. И реакторы с очень редкими. Вторые в техническом плане проще и собственно вообще никаких технических проблем не представляют, но достижимые там уровни выгорания (менее 13 МВт сут/кг) совсем малы. Первые — по сути будут представлять собой некий аналог ВВЭР в которые вместо лёгкой воды будет залита тяжёлая и с более плотной решёткой (по-другому реализовать требуемое отношение вода/топливо сложно). В техническом плане такой реактор более сложен, т. к. при малом количестве воды трудно реализовать адекватное охлаждение, но в общем реальным.  Выгорание в этом варианте при сохранение воспроизводства делящихся можно довести до 36 МВт сут/кг. Тоже не особо много, но хоть что-то.

В общем как-то так.

[Lieut]

В мире из тяжеловодных энергетических реакторов распространены только канальные CANDU. С большими объемами замедлителя, который содержат при невысокой температуре. Канальная схема однозначно делает работу с топливом при низком уровне выгорания гораздо более удобной. Можно ж ведь менять ТВЕЛы по очереди без остановки реактора.

[MenFrame]

даётся оценка, что прямые затраты энергии на извлечения урана из морской воды более 100 ТДж/т

Это наверное с учетом расходов на принудительную прокачку морской воды.

[cybertron]

Вроде бы японцы просто опускают полотна с абсорбентом в море - и через месяц их вытаскивают после того как они накопят уран.
И в 2018 предложен новый абсорбент с акриловыми волокнами для добычи урана - который удешевляет в 4-5 раз процедуру. Но все еще 400 долларов за килограмм.

[AlexAV]

Это наверное с учетом расходов на принудительную прокачку морской воды.

Авторы обзора оценивают, что при использование адсорбента свободно плавающего в океане затраты будут соизмеримы.

Но все еще 400 долларов за килограмм.

Эта цифра фигурирует начиная с работ где-то 1989 года особо не меняясь. На самом деле по большей части она взята с потолка и не имеет никаких достаточных обоснований. С учётом, что в предлагаемой технологии добычи урана из морской воды за последние 30 лет по сути практически ничего не поменялось, а за 30 лет промышленность к этому всему не проявила никакого интереса можно заподозрить, что тут всё отнюдь не так хорошо и затраты существенно, минимум на порядок, выше. 

[Fall63]

1) В приведённых работах довольно убедительно показано, что ториевый ЗЯТЦ физически возможен.

Ну да... осталось только подумать, откуда ниобий будем брать для реакторов. Laznicka в своей книге описывает только 3 локации, где кларк ниобия в породах достаточно велик:

Ilímaussaq, Гренландия, Ловозеро на Кольском полуострове, Ghurayyah у саудитов... Когда ниобий совсем закончится, опять будем переходить на уран-плутониевые бридеры? Там получается КВ 0,8 вообще предел всех реалистичных мечтаний?

[AlexAV]

В мире из тяжеловодных энергетических реакторов распространены только канальные CANDU. С большими объемами замедлителя, который содержат при невысокой температуре.

В общем, да. Соотношение тяжёлая вода - топливо там около 20. Не вполне идеальное для тория (судя по представленным расчётам лучше чтобы оно было ближе к 35), но уже попадающее в область, где воспроизводство делящихся в ториевом топливе возможно. Но в общем вполне очевидно, что при необходимости разработка какого-нибудь CANDU-T уже узко оптимизированного под торий никаких проблем не составляет.

Канальная схема однозначно делает работу с топливом при низком уровне выгорания гораздо более удобной. Можно ж ведь менять ТВЕЛы по очереди без остановки реактора.

Небольшое выгорание топлива действительно для АЭС, особенно с реакторами канального типа, не особая проблема. В конце-концов выгорание на уровне <10 МВт сутки/кг и так штатное для реакторов работающих на уране природного изотопного состава. Выгорание же на уровне 10 - 13  МВт сутки/кг нужное для замыкание ториевого цикла с тяжеловодным реактором имеющим большое водотопливное соотношение - тем более проблемы для самой АЭС не составит.

Сложность тут в другом. Для работы в замкнутом цикле все ОЯТ должны перерабатываться для отделения актиноидов (которые используются после добавления нужного количества дополнительного тория для изготовления свежего топлива) от осколков деления. Стоимость переработки одного кг ОЯТ практически не зависит от выгорания, а вот то их количество, которое нужно будет переработать для выработки того же количества энергии,  растёт с уменьшением достижимого выгорания обратно пропорционально его значению. Соответственно обратно пропорционально  выгоранию будет расти и топливная составляющая в стоимости энергии. В силу этого для обеспечения достаточно хорошей экономики ЗЯТЦ показатель достижимой глубины выгорания оказывается достаточно важен.

[mbrane]

Алекс ...Есть такой тип на проатоме Дементий Башкиров и не только он...Он кучу какашек на ЗЯТЦ выкидывает ...И нехерово бы понять насколько обосновано... Итак вопрос два
1. Бридеры . Сначала факты БН-600, БН-800 - вовсе не бридеры, но должны дать какие-то данные для проектирования БН-1200. Но..оказывается что КВА БН-1200 \(\text{КВА}=1-\epsilon\approx\ 1\) (а)вспомогательный вопрос чему равно \(\epsilon\) ?- хотя в свете дальнейшей выгрузки и переработки имеет небольшое значение). \(\text{КВЭ}\approx\ 0.2\) Общий КВ на первом этапе 1.2.  В дальнейшем предполагается рост до 1.4-1.5 (б)вопрос за счет чего может быть рост в промышленном реакторе в стационарном режиме КВ?). Далее реактор очень теплонапряженный, поэтому в ТВЭЛ будул возникать дефекты, и топливо активной зоны требуется отправлять на переработку и загружать новое топливо. Между выгрузкой и переработкой срок около 10 лет (в) я прав?), в это время она находится в бассейне выдержки. Таким образом между загрузкой первой партии топлива проходит 2-3 загрузки нового топлива. При общей загрузке БН-1200 50 тонн из которых 16,7% плутония (г)цифры правильные?) потребность в плутонии 8,4 тонны на загрузку  (д) все остальное уран-238?), на три загрузки нужно 25 тонн плутония. Далее глубина выгорания 10-15% (е) цифры правильные?) пусть 12% для дальнейших расчетов (ж)какая часть в этом выгорании плутония а какая урана активной зоны). Из 8 тонн урана выгорит 1 тонна. Останется 7, дополнительно за счет поглощения урана АЗ наработается примерно 1 тонна плутония в АЗ, и 0,2 тонны в бланкете...С плутонием АЗ все понятно заберем через 10 лет как сказано выше после остывания. (з)когда можно перерабатывть бланкет?) Кроме того при загрузке плутония в АЗ предполагается использовать реаторный поутоний (после переработки хвостов ВВЭРов РБМК), он содержит достаточно большое количество плутония-240, и других минорных актинидов. (и)какой примерно состав будет послке выгрузки АЗ? Много ли там накопится Америция-241?)


2. Ну и вопрос уже начатый . А какие перспективы переработки в БН-1200 Америция-241. Или его модно сжечь только в Бресте .     

[Lieut]

Насчет переработки отработанных ТВЕЛов для замкнутого цикла. По известным причинам это более сложная операция, чем фабрикация новых из нового урана. Но, как мне кажется, проблемы преувеличенны. Это наверняка связано с известными проблемами извлечения плутония из облученного урана. Но когда стоит задача просто очистить актиноиды от всего остального, задача упрощается на порядок!
Окислительный потенциал тория-урана-плутония лежит в довольно неширокой зоне межу -1.80 – 2.07 В. Все продукта распада имеют окислительные потенциалы или больше или меньше.

[библиограф]

Окислительный потенциал тория-урана-плутония лежит в довольно неширокой зоне межу -1.80 – 2.07 В.

Превосходно! И как же мы будем действовать?

[Lieut]

Окислительный потенциал тория-урана-плутония лежит в довольно неширокой зоне межу -1.80 – 2.07 В.

Превосходно! И как же мы будем действовать?

Значит процесс переработки можно ограничить двумя плавками.

[библиограф]

 Почему двумя, а не одной?

[Lieut]

Сначала отсечь все более электроотрицательные металлы (с потенциалом окисления менее -2,1 В) с неметаллами, во второй раз все более электроположительные (с потенциалом более -1,8 В) металлы.

[библиограф]

 Как же можно такую "отсечку" сделать с помощью плавления?
На самом деле, пирохимическая переработка ОЯТ - процесс более сложный, чем вы думаете!
https://www.jst.go.jp/impact/hp_fjt/news/images/20181202_04.pdf
https://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/TE_1587_web.pdf

[comp]

Алекс ...Есть такой тип на проатоме Дементий Башкиров и не только он...Он кучу какашек на ЗЯТЦ выкидывает ...И нехерово бы понять насколько обосновано...

Позволю себе вмешаться. Где-то полгода назад то ли сам Башкиров то ли кто-то из его последователей набегал в блог tnenergy. Топил он там в основном за принципиальную невозможность переработки ОЯТ и адскую опасность любой радиохимии, но в целом можно оценить основные идеи и уровень аргументации. Да и просто комментарии tnenergy почитать интересно. Если кратенько - маловато актуальной информации и ссылок на источники, зато много агрессивного давления на эмоции и жонглирования цифрами.

[mbrane]

Алекс ...Есть такой тип на проатоме Дементий Башкиров и не только он...Он кучу какашек на ЗЯТЦ выкидывает ...И нехерово бы понять насколько обосновано...

Позволю себе вмешаться. Где-то полгода назад то ли сам Башкиров то ли кто-то из его последователей набегал в блог tnenergy. Топил он там в основном за принципиальную невозможность переработки ОЯТ и адскую опасность любой радиохимии, но в целом можно оценить основные идеи и уровень аргументации. Да и просто комментарии tnenergy почитать интересно. Если кратенько - маловато актуальной информации и ссылок на источники, зато много агрессивного давления на эмоции и жонглирования цифрами.

Ну дык есть определенное здравое зерно в его словах...ЗЯТЦ - единый технологический комплекс, и если его поделить на две части - одни занимаются реактором, вторые переработкой - то вперед их дело не пойдет...в том-то и дело чтро башкиров и далеко не только он давят на эмоции - ер приводят факты...остальные отмалчиваются...


ЗЫ


Почитал блог... на Башкирова  не похоже - тот все таки профессионоьный радиохимик... Межушие набежавшего чисто как слеза, если прислушацо можно услышать резонансы мирового реликта - вообще не знает элементарных фактов, при том что работает в атомной энергетике  - впрочем там и бухгалтера и жлетрики и дворники работают

[Lieut]

Как же можно такую "отсечку" сделать с помощью плавления?

Разумеется не просто плавлением ОЯТ, а с добавлением окислителей/восстановителей. И с разделением фаз оксиды(или соли)/металл.

[Dem]

Сложность тут в другом. Для работы в замкнутом цикле все ОЯТ должны перерабатываться для отделения актиноидов (которые используются после добавления нужного количества дополнительного тория для изготовления свежего топлива) от осколков деления.

А оно реально надо, в смысле отделять?
Да, "таблетки" пухнут и трескаются - но может достаточно просто размолоть и запечь заново чтобы геометрию восстановить?

[mbrane]

о, что ториевый ЗЯТЦ физически возможен.
2) Однако при реалистичном виде топливного цикла (когда в цикл вовлекается весь тяжёлый металл) он может быть реализован только с тяжёловодным замедлителем и при относительно небольшой глубине выгорания (по сравнению с уран-плутониевым в реакторе с жидкометаллическим теплоносителем).
3) При этом есть две области параметров, где его реализация возможна. Реакторы с очень плотными решётками. И реакторы с очень редкими. Вторые в техническом плане проще и собственно вообще никаких технических проблем не представляют, но достижимые там уровни выгорания (менее 13 МВт сут/кг) совсем малы. Первые — по сути будут представлять собой некий аналог ВВЭР в которые вместо

а осколки деления  куда девать ? не скажешь?

[sharp]

ЗЯТЦ - единый технологический комплекс, и если его поделить на две части - одни занимаются реактором, вторые переработкой - то вперед их дело не пойдет

А как по-другому-то? Технически это задачи разного плана.