Reactor nuclear cu apă supercritică

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Schema reactorului de apă supercritică.

Reactorul cu apă supercritică sau, în engleză, reactorul cu apă supercritică (SCWR) este un reactor de generație IV care folosește „ apa supercritică (referindu-se la punctul critic al apei și nu la masa critică a combustibilului nuclear) ca fluid refrigerant. SCWR-urile seamănă cu reactoarele nucleare cu apă ușoară (LWR), dar funcționează la presiune și temperatură mai ridicate, cu un ciclu direct ca un reactor cu apă clocotită (BWR), iar apa este întotdeauna în aceeași stare de fluid ca într-un reactor cu apă sub presiune (PWR). BWR, PWR și cazanul supercritic sunt toate tehnologii dovedite. SCWR este un reactor avansat promițător datorită eficienței sale termice ridicate (~ 45% față de ~ 33% pentru LWR-urile actuale) și designului său mai simplu și este investigat [1] de 32 de organizații din 13 țări.

Proiecta

Moderator-cooler

SCWR folosește apă supercritică ca moderator de neutroni și agent de răcire. Deasupra punctului critic, vaporii și lichidul au aceeași densitate și nu se disting, eliminând necesitatea unui presurizator (PWR) sau a unor pompe de circulație, separatoare și uscătoare de vapori (BWR). De asemenea, evitând fierberea, SCWR nu generează goluri (bule) cu densitate mai mică și efect de moderare. În LWR acest lucru poate afecta transferul de căldură și mișcarea apei, iar efectul de feedback poate face reactorul mai dificil de previzionat și controlat. Simplificarea SCWR este de așteptat să reducă costurile de construcție și să îmbunătățească fiabilitatea și siguranța reactorului. Spectrul de neutroni ar trebui să fie doar parțial moderat, poate chiar și pentru un reactor de neutroni rapid . Acest lucru se datorează faptului că apa supercritică are o densitate și un efect de moderare mai mici decât apa, dar este mai bună la transferul căldurii, deci este nevoie de mai puțin. În unele modele cu un spectru de neutroni mai rapid, apa este un reflector în afara reactorului sau altfel doar o parte a reactorului este moderată. Un reactor rapid cu neutroni are trei avantaje principale:

  • O densitate de putere mai mare, generând mai multă putere pentru aceeași dimensiune
  • Un coeficient de conversie mai mare de 1, care face posibil un reactor de ameliorare. * Acest lucru permite utilizarea eficientă a 99% (U 238 ) de uraniu natural.
  • Neutronii rapizi descompun actinoizii , în timp ce produsele de fisiune pot fi transmutate cu neutroni în exces.

Combustibil

Combustibilul va semăna cu combustibilul LWR, probabil cu ansamblurile de combustibil conductate, cum ar fi BWR-urile, pentru a reduce riscul de puncte fierbinți cauzate de temperatura locală și de schimbările de presiune. Îmbogățirea combustibilului va trebui să fie mai mare pentru a compensa acoperirea, care nu poate fi zirconiu personalizat în LWR, deoarece zirconiul se va coroda rapid. Pot fi utilizate oțel inoxidabil sau aliaje de nichel. Tijele de combustibil trebuie să reziste la mediul coroziv supercritic, precum și la puterea maximă în caz de urgență. Există patru moduri de eșec în timpul unui accident: ruptură fragilă, colaps, deteriorare prin suprapresiune și fluare. Pentru a reduce coroziunea, hidrogenul ar putea fi adăugat în apă. Cel puțin un concept folosește particule de combustibil pentru reactorul cu gaz avansat, BISO. [2] Aceasta folosește o acoperire rezistentă la coroziune din carbură de siliciu, rezolvând problema acoperirii cu un combustibil inovator, dar dovedit.

Verifica

SCWR-urile ar avea probabil tije de control inserate de deasupra reactorului ca PWR-urile.

Materiale

Condițiile dintr-un reactor SCWR sunt mai dure decât cele dintr-un PWR, un reactor de sodiu sau o centrală supercritică alimentată cu fosile (cu care s-a câștigat multă experiență, dar nu include combinația unui mediu coroziv și radiații neutronice intense). SCWR-urile necesită un standard de calitate mai înalt (în special garnitura de combustibil ) a ambelor. De asemenea, unele elemente devin radioactive după absorbția unui neutron, de exemplu cobalt-59 devine Cobalt-60 , un puternic emițător de raze gamma, astfel încât aliajele care conțin cobalt sunt inadecvate pentru reactoare. Cercetarea se concentrează pe:

  • Chimie supercritică a apei sub radiații (coroziune la stres și menținerea rezistenței la coroziune sub radiații de neutroni și temperatură ridicată)
  • Stabilitate dimensională și microstructurală (prevenirea fragilității, menținerea rezistenței și rezistenței la alunecare chiar și sub iradiere și la temperaturi ridicate)
  • Materiale care rezistă ambelor condiții dure și nu absorb prea mulți neutroni, ceea ce afectează negativ economia de combustibil .

Avantaje și provocări

Beneficii

  • Temperatura mai ridicată a ciclului Rankine îmbunătățește eficiența reactorului (~ 45% față de ~ 33% pentru LWR curent).
  • Eficiența înseamnă o economie mai bună de combustibil și o sarcină mai ușoară, astfel că căldura reziduală ar fi mai mică.
  • Apa supercritică are un transfer excelent de căldură.
  • SCWR-urile sunt, în general, cu ciclu direct, permițând un design simplu, deoarece BWR este mai simplu decât PWR. Nu există separatoare de abur sau uscătoare, pompe de recirculare interne și nu există flux de recirculare intern. Energia conținută în structura de izolare este mai mică. [2]
  • Apa este lichidă la temperatura camerei, economică, netoxică și transparentă, simplificând întreținerea și inspecția (în comparație cu reactoarele metalice lichide).
  • Un reactor rapid cu neutroni SCWR poate fi un reactor de ameliorare și poate arde actinoizi .
  • Un SCWR cu apă grea poate transmuta combustibilul din toriu (element de 4 ori mai abundent decât uraniul), cu o imunitate la proliferare mai bună decât transmutatoarele de plutoniu.

Provocări

  • Este necesară o procedură specială pentru a evita instabilitatea în timpul aprinderii
  • Dezvoltare extinsă și cercetare asupra chimiei apei supercritice sub influența radiațiilor.
  • Un inventar mai scăzut al apei (având în vedere circuitul primar mai mic) înseamnă că capacitatea de căldură de a tampona tranzitorii și accidentele (de exemplu, pierderea apei de alimentare sau pierderea mare de agent frigorific) rezultând prea multe temperaturi de tranzit și de urgență excelente pentru acoperirile metalice convenționale. [3]
  • Temperaturile ridicate combinate cu presiuni mai mari și o creștere mai mare a temperaturii în reactor (comparativ cu reactoarele BWR și PWR) duc la solicitări fizice și termice asupra materialelor crescute, care sunt greu de rezolvat. Un design al tubului de presiune, în care miezul este împărțit în multe vase de presiune, are potențial mai puține probleme, deoarece un diametru mai mic poate fi mult mai subțire decât un vas de presiune mare și pot fi izolate și cu izolație ceramică inertă. operat la o temperatură mai mică (moderator calandria). [4]
  • Lichidul de răcire are o densitate mai mică în partea superioară a reactorului, deci este necesar un material mai moderat în acea zonă. Multe modele au o calandrie internă care direcționează apa de alimentare cu țevi către partea superioară a reactorului, ceea ce oferă o reținere suplimentară în acea regiune. Acest lucru are avantajul suplimentar de a putea răci întregul perete al vasului cu apa de alimentare, dar are ca rezultat o calandrie complexă și solicitantă în materiale (temperaturi ridicate, diferențe termice ridicate, radiații ridicate). Un design al tubului de presiune are potențial mai puține probleme, deoarece majoritatea moderatorului se află în calandrie la temperatură și presiune scăzute, reducând efectul densității asupra moderației, iar tubul de presiune poate fi răcit de apa calandriei. [4]
  • Un SCWR de neutroni rapid are nevoie de un nucleu relativ complex pentru a avea un coeficient de gol negativ.

Notă

  1. ^ {ro} https://www.osti.gov/energycitations/product.biblio.jsp?osti_id=21160713
  2. ^ a b {en} Copie arhivată ( PDF ), pe facultate.olin.edu . Adus la 27 ianuarie 2013 (arhivat din original la 28 septembrie 2013) .
  3. ^ {en} Copie arhivată ( PDF ), la inl.gov . Adus la 23 ianuarie 2013 (arhivat din original la 27 septembrie 2013) .
  4. ^ a b {en} Copie arhivată ( PDF ), la kns.org . Adus la 25 ianuarie 2013 (arhivat din original la 27 septembrie 2013) .

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Reattore_nucleare_ad_acqua_supercritica&oldid=116855240 ”