Reactor nuclear sub presiune cu apă grea
Un reactor nuclear cu apă grea sub presiune (acronim PHWR , din engleză : reactor cu apă grea presurizat ) este un reactor nuclear , subclasă din clasa apelor grele (HWR) care folosește în mod obișnuit uraniu natural ca combustibil și care folosește apă grea (adică deuteriu oxid D 2 O) ca agent frigorific și moderator de neutroni .
Scopul utilizării apei grele
Apa este un excelent moderator al neutronilor rapizi, permițându-le să treacă în neutroni termici capabili să susțină reacția în lanț a unui combustibil nuclear îmbogățit (uraniu conținând aproximativ 3% izotop 235), deoarece pe lângă moderarea neutronilor, tinde să absoarbă o cantitate mare cantitatea acestuia și formează deuteriu.
Apa grea este pur și simplu apă care în loc de hidrogen are deja izotopul deuteriu, deja echipat cu un neutron, care afectează capacitatea de a absorbi neutroni și, prin urmare, permite susținerea unei reacții în lanț a combustibilului ne-îmbogățit.
Beneficii
Utilizarea uraniului neîmbogățit
Reactoarele cu apă grea pot folosi uraniu natural, ușor îmbogățit cu uraniu (concentrație U-235 de 0,71 până la 2%).
Utilizarea uraniului „uzat”
În CANDU s-a testat, de asemenea, utilizarea „de pe uraniu ” (plutoniu amestecat și alte deșeuri radioactive) din bare de combustibil uzat din alte reactoare nucleare (fără reprocesare chimică, prin ciclul Dupic ). Deși poate fi „ ars ” în mod adecvat, deșeurile produse de această utilizare sunt mult mai periculoase deoarece conțin un procent ridicat de neptuniu -237 (foarte solubil în apă), plutoniu -239 și xenon -110 (pe lângă uraniu -238 ). În prezent, costul redus al uraniului face reciclarea inutilă.
Utilizarea toriu ca combustibil
Toriu este un metal actinidic , de patru ori mai răspândit decât uraniul (chiar mai puțin costisitor de extras și „purificat” decât uraniul, deoarece nu necesită îmbogățire). Este definit ca fiind „fertil”, deoarece este supus fluxului de neutroni termici și transformat în toriu-233, care după dezintegrarea beta transmutează în elementul uraniu -233, care este fisibil . [1]
Radiotoxicitate scăzută a deșeurilor de toriu
Cu toate acestea, cel mai evident avantaj al reactorului toriu-uraniu este cel referitor la zgură: „combustibilul” uzat evacuat dintr-un reactor de ameliorare a torului are o radiotoxicitate extrem de redusă (cu mai multe ordine de mărime) decât orice reactor de uraniu-plutoniu.: după mai puțin de un secol, este de fapt inferior celui al uraniului natural (care este în orice caz foarte periculos, deoarece este radioactiv) și chiar, în reactoarele termice, toriul este inferior de la început. Prin urmare, se crede că zgura ar trebui să fie limitată numai timp de aproximativ 300 de ani (mai puțin decât este necesar pentru multe produse din industria chimică). Spre comparație, „combustibilul” uzat al unui reactor cu uraniu durează aproximativ 300.000 de ani pentru a-și reduce radiotoxicitatea la niveluri sub cele ale uraniului natural inițial, în timp ce după reprocesarea combustibilului unui reactor nuclear autofertilizant în uraniu-plutoniu este nevoie de zeci de mii de ani. [2]
Siguranță pasivă
În reactoarele cu apă grea sub presiune, pierderea (datorată ruperii conductelor) sau evaporarea agentului frigorific (datorită exploziei catastrofale în urma formării bulelor de hidrogen și oxigen) corespunde pierderii moderatorului D 2 O și, prin urmare, reacțiilor de fisiune controlată s-ar opri spontan după acest accident grav. Chiar dacă deuteriul nu este radioactiv, apa grea poate fi contaminată cu tritiu și alte particule radioactive din conductele activate și, prin urmare, un reactor este mai sigur în cazul în care apa nu părăsește clădirea de izolare primară, ci printr-un schimbător de căldură transferă energia termică către o clădire care conține turbinele care mișcă generatoarele electrice.
Producția de tritiu
Un produs secundar al radiației neutronice a deuteriului (în apa grea) este tritiul , care într-o zi ar putea fi exploatat de unele tipuri de reactoare de fuziune nucleară propuse (dar și în bomba termonucleară , ca potențator al hidrurii de litiu ). [3] [4]
Dezavantaje
Costul ridicat al apei grele
Costurile deproducție aleapei grele sunt în mare parte un secret militar și industrial, adesea D 2 O este produs de operatorii de reactoare nucleare, iar costul este cu siguranță în raport cu tehnologiile utilizate și economiile de scară care afectează prețul. electricitatea produsă. Cu toate acestea, se estimează că în 2005 apa grea vândută în cantități industriale a avut un cost care nu depășește 1000 de dolari pe kilogram (400 $ pe lire) [5] , obținându-l prin schimb între hidrogen sulfurat (H 2 S) și apă naturală (H 2 O + D 2 O), unde există un atom de deuteriu pentru fiecare 6400 de atomi de hidrogen [6] [7] [8] . Într-un reactor nuclear tipic din India , apa grea de 220 MW PHWR necesită aproximativ 70 până la 140 de tone și, prin urmare, costul moderatorului nu ar depăși 70 până la 140 de milioane de dolari. Moderatorul poate fi reciclat în centralele nucleare ulterioare.
Costul comercial în 2006, pentru un kilogram de apă grea de 99,98% (gradul de puritate al reactorului), a variat între 600 și 700 de dolari. Cantități mici de apă grea de puritate acceptabilă (99,9%) pot fi achiziționate de la furnizori din industria chimico-farmaceutică la prețuri de aproximativ 1 dolar pe gram. [9] [10]
Pentru reactoarele nucleare ale lanțului de aprovizionare CANDU sa calculat că apa grea reprezintă în medie aproximativ 20% din costul de capital pentru fiecare reactor. În Peninsula Bruce din Ontario, a fost construită o instalație capabilă să producă 1 litru de apă grea pentru fiecare 320.000 de litri de apă din Marea Lacuri (alimentată de energia termică și electrică produsă de reactoarele în sine), dar după acumularea de surplusuri masive de apă grea și, din cauza preocupărilor crescânde de mediu cauzate de hidrogenul sulfurat, instalația a fost închisă și ulterior demontată.
Iradierea ridicată a reactorului
Fluxul intens de neutroni termici determină activarea radioactivă intensă a nucleului reactorului și a structurilor principale de construcție a izolației. Acest lucru necesită o perioadă lungă de așteptare între decombustibil și dezmembrarea finală a reactorului nuclear , care în siturile cu valoare comercială sau peisagistică ridicată poate provoca o problemă economică și socială semnificativă.
Pierderea tritiului în mediu
Unul dintre pericolele reactoarelor PHWR este poluarea datorată pierderii unor cantități modeste de tritiu (beta-emițător) în apa circuitului secundar de refrigerare al reactorului. [11]
Reactoare comerciale cu apă grea sub presiune
Prin controlul parametrilor precum viteza și fluența neutronilor și scăderea captării acestuia, se poate maximiza „ arderea ” plutoniului, reducându-i producția. Reactoarele nucleare comerciale cu apă grea necesită o serie de caracteristici tehnice pentru a preveni producția excesivă de plutoniu adecvat utilizării de război. De fapt, unele reactoare comerciale, cum ar fi CANDU , folosesc plutoniu din arme nucleare împreună cu uraniu , arzându-le pe amândouă exhaustiv.
Acest tip de reactor este utilizat în principal în centralele nucleare din Canada și India pentru a produce energie nucleară din multe tipuri de combustibil nuclear .
CANDU
Cel mai obișnuit tip pentru reactorul nuclear cu apă grea sub presiune este cel al lanțului de aprovizionare canadian CANDU , care de fapt este un PHWR chiar dacă introduce modificări comparativ cu modelele originale, inclusiv utilizarea imensului calandru care conține apă grea sub presiune, sistemul „coș” pentru transportul elementelor de combustibil, absența unui „miez presurizat” mare (dar a numeroaselor țevi presurizate), sistemul automat de alimentare reală orizontală cu ciclu continuu.
Reactoarele nucleare sub presiune cu apă grea din întreaga lume
Lucru
- Argentina : 2 reactoare nucleare PHWR (unul în finalizare), cel al lui Atucha folosește uraniu slab îmbogățit, mai puțin de 1%
- Canada : 18 reactoare ale lanțului de aprovizionare CANDU , în funcțiune. 4 oprire pe termen lung.
- India : 17 reactoare în funcțiune ( CANDU sau derivații săi)
Notă
- ^ Reactoare de toriu cu fluorură lichidă ( PDF ), pe thoriumenergyalliance.com (arhivat din original la 26 februarie 2017) .
- ^ R. Brissot, D. Heuer, E. Huffer, C. Le Brun, J.-M. Loiseaux, H. Nifenecker, A. Nuttin, " Energia nucleară fără (aproape) fără deșeuri radioactive? Arhivat 17 septembrie 2008 în Internet Archive . ", Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie, Grenoble, iulie 2001
- ^ AVERTISMENTUL DE TRITIU ADUCE INDIA MAI MULT DE UN ARSENAL H-BOMB
- ^ Măsurarea concentrației de tritiu în reactorul de apă grea
- ^ [1]
- ^ Federation of American Scientist : Heavy Water Production
- ^ https://www.iaea.org/Publications/Magazines/Bulletin/Bull000/00005882021.pdf [ link rupt ]
- ^ Economia energiei nucleare din reactoarele cu apă grea ( PDF ), pe laka.org .
- ^ Fisher Scientific, http://www.fishersci.com
- ^ 99,8% oxid de deuteriu pur în sticle de 100 ml costă 90,50 USD [ link întrerupt ]
- ^ Tritiu în note de apă potabilă , pe friendsofbruce.ca .
Elemente conexe
linkuri externe
- Site-ul oficial al AECL , pe aecl.ca.
- Economia energiei nucleare de la reactoarele cu apă grea ( PDF ), pe cised.org . Adus la 14 septembrie 2010 (arhivat din original la 25 februarie 2009) .
- Programul de energie nucleară - Etapa 1 - Reactor de apă grea sub presiune ( PDF ), la dae.gov.in. Adus la 14 septembrie 2010 (arhivat din original la 27 septembrie 2007) .
