Rubbiatron

În domeniul fizicii nucleare , rubbiatronul este prima propunere pentru un reactor nuclear amplificat cu energie flancat de o sursă externă de protoni (sistem cunoscut în limba engleză sub numele de Accelerator-Driven System sau ADS ), necesară pentru alimentarea reacției nucleare din nucleul reactorul în sine. De fapt, acesta are caracteristica de a fi un reactor subcritic , incapabil să susțină în mod autonom o reacție în lanț și, prin urmare, să dea naștere unei reacții necontrolate. Pentru a declanșa reacția în lanț, aceasta trebuie să fie iradiată de un fascicul puternic de particule provenind de la un accelerator de particule ( sincrotron ): odată pornit, nucleul reactorului eliberează suficientă energie termică pentru a fi transformat în energie electrică care va servi la alimentarea acceleratorului de particule. și să furnizeze un surplus de energie electrică pentru a fi alimentat în rețeaua electrică ^[1] .

Istorie

Ideea este atribuită nobilului Carlo Rubbia , fizician nuclear italian , fost director al laboratorului internațional european de fizică nucleară CERN . Rubbia a publicat un articol care conține un proiect de bază pentru un reactor de energie nucleară susținut energetic de un accelerator de protoni ( sincrotron ) cu o energie minimă a fasciculului de la 800 MeV la 1 GeV , care să vizeze un reactor nuclear subcritic, cu tije de toriu, cum ar fi materialul fissil. și plumb lichid ca agent frigorific .

Principiu și fezabilitate

Amplificatorul de energie folosește un accelerator de sincrotron pentru a produce un fascicul de protoni . Acestea lovesc o țintă de metale grele (cum ar fi plumb , toriu sau uraniu ) și duc la un flux de neutroni prin procesul de spalare . Mai mult, posibilitatea creșterii fluxului de neutroni este prevăzută prin utilizarea unui amplificator de neutroni (o peliculă subțire de material fisibil care înconjoară sursa de spalație) ^[2] . O discuție mai amplă despre amplificarea neutronilor în reactoarele CANDU poate fi găsită la locul [1] , deși CANDU este un model de reactor critic, multe dintre conceptele sale pot fi aplicate unui sistem subcritic. Nucleii de toriu absorb neutronii rezultând transmutarea elementelor și se generează materialul fisilabil uraniu-233 , un izotop de uraniu care nu se găsește în natură. Cascada moderată de neutroni produce fisiunea U-233, care eliberează energie.

Acest design al reactorului este în întregime plauzibil cu tehnologia disponibilă în prezent, deoarece aveți sincronul de putere necesar și tehnologia metalurgică și tehnică pentru amplificatoarele de neutroni și reactorul cu tijă de toriu , dar necesită studii suplimentare înainte ca acesta să fie declarat atât practic cât și viabil din punct de vedere economic.

Beneficii

Acest proiect are o serie de avantaje potențiale față de reactoarele convenționale de fisiune nucleară :

Proiectarea subcritică înseamnă că reacția nucleară nu poate divergența; dacă vreun parametru se abate de la valorile de proiectare, reacția s-ar opri și reactorul s-ar răci. Arderea nucleară ar putea avea loc chiar și cu reactorul oprit dacă se pierde posibilitatea răcirii miezului încă fierbinte.
Toriu este un element decisiv mai abundent în natură decât uraniul; în acest fel, problemele, strategice și politice, ale achizițiilor sunt atenuate, iar procesul costisitor și costisitor de separare a izotopilor este eliminat. În prezent, se așteaptă ca rezervele de toriu să fie suficiente pentru producerea de energie timp de multe sute de ani.
Boosterul energetic ar produce foarte puțin plutoniu , deci se crede că acest design este mult mai receptiv la principiile de neproliferare nucleară decât reactoarele nucleare convenționale (deși problema utilizării uraniului-233 ca combustibil pentru armă nucleară trebuie să fie atent analizată).
Există posibilitatea utilizării acestui reactor pentru a „arde” plutoniul, reducând rezervele mondiale ale acestui element periculos cu un timp de înjumătățire foarte lung.
Se produc deșeuri radioactive de înjumătățire mai mică; după 500 de ani, deșeurile produse vor avea aceeași activitate ca și cenușa de cărbune.
Nu sunt necesare alte inovații tehnologice; tehnologia necesară pentru a construi amplificatorul de energie a fost deja demonstrată în laborator. Construcția necesită doar o anumită inginerie, nu cercetare fundamentală (spre deosebire de propunerile legate de fuziunea nucleară ).
Generarea de energie ar putea fi viabilă din punct de vedere economic atunci când se iau în considerare costurile generale ale ciclului combustibilului nuclear : dezafectarea și gestionarea și instalarea eliminării deșeurilor.
Proiectul ar putea funcționa la o scară relativ mică, făcându-l mai potrivit pentru țările fără un sistem adecvat de rețea electrică .
Siguranța intrinsecă și transportul sigur al combustibilului ar putea face tehnologia mai potrivită atât pentru țările în curs de dezvoltare, cât și pentru zonele dens populate.

Dezavantaje

Există o serie de dificultăți tehnice generale.

Fiecare reactor ar avea nevoie de un accelerator scump (în acest caz un sincrotron ) pentru a genera fasciculele de protoni .
Dacă energia de 1 GeV nu este problematică pentru atingere, puterea necesară de aproximativ 12 MW este în schimb, proporțională cu luminozitatea fasciculului. În 2006, pentru studii de știință a materialelor, a fost finalizată Sursa de neutroni de spalație ( spalație de sursă de neutroni) care utilizează un fascicul de protoni de 1,44 MW putere, cu o energie de 1 GeV. Este planificată actualizarea acestuia la 5 MW de putere.

Notă

^ Rubbiatron, reactorul Nobel , Massimo Cappon, Panorama , 11 iunie 1998. De asemenea: Fișier pdf .
^ http://www.tfd.chalmers.se/~valeri/Mars/Mo-o-f10.pdf

Elemente conexe

Surse

( RO ) O ESTIMARE PRELIMINARĂ A IMPACTULUI ECONOMIC AL AMPLIFICATORULUI DE ENERGIE - O revizuire în profunzime a amplificatorului de energie în colaborare cu Rubbia (descărcare pdf disponibilă de pe serverul de documente CERN)
( EN ) Christoph Pistner, Tehnologii nucleare emergente: Exemplul amplificatorului de energie al lui Carlo Rubbia , Rețeaua internațională de ingineri și oameni de știință împotriva proliferării