cuarta generación

La energía nuclear es considerada con razón uno de los sectores más conservadores, que llegaron a la cima de la forma de su curva-S. El último observador 25 años fuera no habría notado un cambio en la tecnología clave - el mismo montaje de los elementos combustibles, líneas de calentamiento o hervir el agua, conversión de energía térmica en electricidad. Más sorprendente hecho de que su futuro nuclear ve los 6 conceptos revolucionarios, cada uno de ellos en sus cambios de paradigma de la energía nuclear en una dirección u otra.


reactores de investigación vivienda sales MSRE se derriten 70
Lo que es importante es el hecho de que todos estos conceptos no han surgido hoy, pero en los albores del nacimiento de la industria nuclear y perdió la competencia por el título de los reactores estándar de la industria con agua a presión (PWR en la terminología occidental, o BBER en ruso). Sin embargo, como en el caso de los vehículos eléctricos, la acumulación gradual de la tecnología puede equivaler a volver al podio héroes olvidados de los albores de la era atómica.
Cuarta generación
El desarrollo de la energía nuclear desde el principio se puede dividir en 3, 5 generación desigual, donde la primera se caracterizó por docenas de diferentes conceptos, a veces muy extraña ahora a buscar (como los británicos el Magnox - reactores moderados por grafito y circulan dióxido de carbono comprimido como refrigerante), el segundo - dos de los más accidentes graves en la historia de la energía, y la tercera y la tercera ventaja - la prevalencia de los financieros de los ingenieros. Hasta la fecha, las maravillas y el entusiasmo de la era atómica dieron paso a la era en que la mejora del rendimiento operativo central nuclear en un 2-3 por ciento - un avance revolucionario, ampliamente discutida en el perfil de prensa
. La cuarta generación debe ser una forma de salir del estancamiento en que se encontraba la energía nuclear. Para ello, tendrá que resolver varios problemas contradictorios - no perder en la seguridad del reactor, para mejorar o al menos no empeorar su economía y resolver el problema con la transición al uso de 235U a 238 U
.

seis conceptos seleccionados por la organización internacional Generación IV Foro Internacional están tratando de resolver estos problemas desde diferentes ángulos. ¿Quién de ellos será (y habrá) la base para el desarrollo de la industria nuclear en el siglo 21 necesita para mostrar la investigación de los próximos 15 años.
reactor rápido con sodio
Este tipo de reactor se distingue claramente de todo el "equipo" de su combustión e incluso algunos días. Una característica clave de este reactor es un espectro de neutrones rápidos, lo que permite realizar un ciclo de combustible nuclear cerrado. Sin embargo, esto no viene de forma gratuita, y dos de los más complejidad en un reactor de este tipo - estructuras de daños de sodio peligro de incendio y de núcleo con neutrones rápidos. Sin embargo, en los años 60, en el momento del nacimiento de la energía nuclear de sodio rápido vio la más fácil en el camino hacia el cierre del ciclo de combustible. Un CNFC, a su vez, parecía necesaria la construcción de miles de reactores, que simplemente no tienen suficientes reservas de uranio 235 de isótopos.


más "adulto" y poderoso representante de reactores de neutrones rápidos -. BN-800
Como resultado, BN tipo reactores han sido el camino más largo (20 jamás construido y función) de la primera planta piloto a plena potencia - Phenix Superphénix y en Francia, el BN-600 en la URSS y el BN-800 en Rusia. A principios de los años 80 parecía bastante claro que en 2020 el mundo tendrá cientos y miles de gigavatios se ofrecen reactores de neutrones rápidos. Sin embargo, una fuerte desaceleración en el crecimiento de la energía nuclear y una variedad de circunstancias - tales como la llegada de "verde" en el poder de Francia, o el colapso de la Unión Soviética interrumpió el despegue. En Francia, por cierto, de 1995 a 1998, funcionado todos los elementos de combustible CNFC - criador de plutonio, dedicado planta de reprocesamiento de combustible y una planta para la fabricación de combustible fresco ...


dispositivo y características Francés no despegado de super Phenix
Hoy en día, los reactores de neutrones rápidos con un óxido o una mezcla de combustible más densa de U238 y Pu239 congelado en el borde de lo que iba a comenzar a reemplazar los reactores con agua a presión, y es ampliamente incluidos (5-10 bloques en la perspectiva de 10-15 años y la energía a lo básico 30-50 años) en el desarrollo de los planes de energía nuclear de los cuatro países, lo que realmente se desarrollen - India, China, Rusia y Corea del Sur
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BR sala del reactor india de sodio FBR
instalaciones clave en esta área yavlyutsya hoy BN-600 y BN-800 en Rusia, planean MBIR en nosotros, y una planta piloto en la India PFBR, Astrid en Francia.
reactor de ejecución rápido < /
A diferencia de los reactores anteriores, la transferencia de calor desde el plomo fundido existe sólo en el papel. Este tipo inventado en un intento de superar los problemas de los juegos Renovar - riesgo de incendio de sodio (y la complejidad técnica relacionada - ver detalles en el artículo sobre "Brest"), sodio hirviendo en Arizona en los accidentes y el riesgo relacionado de fuera de control del reactor de neutrones rápidos. Otro "emergencia", además de plomo en el refrigerante es mantener un particular desagradables productos de fisión de uranio volátil - cesio y yodo, y la proyección de una gamma de combustible nuclear
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BREST-OD-300 - el más avanzado en el mundo en el proyecto del reactor de plomo hoy
Por supuesto, también hay una desventaja de plomo. El más importante - la alta temperatura de fusión (327 C), y por lo tanto mucho cuidado para mantener el refrigerante en el estado fundido. También hay problemas conducen a la corrosión del acero, la mala compatibilidad con el óxido de (los más comunes) de combustible, así, en general, podemos hablar de un pequeño elaboración de este tipo de reactores. Curiosamente, sobre la base de la idea de la evolución criadores de sodio en la URSS nació todo un proyecto revolucionario BREST, óptima para el lento desarrollo de la energía nuclear. Además de plomo, la clave no es la idea de cobrar material fisible vez -. Al comienzo, y luego recargar solamente U238

La Un collage de fotos del proceso de desarrollo y prueba de los componentes de la BREST-OD-300. Este tipo de trabajo lleva miles de años-hombre y cuestan miles de millones de rublos.
A veces, en una cohorte de plomo añadido al plomo-bismuto reactores. Llenado de líquido refrigerante de bismuto reduce su punto de fusión a los valores "sodio" - alrededor de 100 C. Los reactores con refrigerante de serie se colocaron en los submarinos 705 proyectos, pero a pesar de la proximidad no se puede transferir una tecnología a otra
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reactor ALFRED con refrigerante de plomo - el proyecto es más pequeño y más simple BREST, pero menos técnico riesgo
. BREST, junto con los proyectos europeos ALFRED hoy en día son los únicos "en vivo" proyectos de plomo, los fondos disponibles y la posibilidad de la construcción. Además, se crea un reactor belga MYRRHA, refrigerado por plomo, pero este sistema ADS exóticos y únicos, donde el flujo de neutrones necesaria para trabajar en la fuente de alimentación se creará acelerador. Sin embargo, las ventajas y desventajas de los reactores de plomo reales en comparación con el sodio es poco probable que entender antes de 2030.

ALFRED previsto para la construcción en los años 20.
refrigerados por gas reactor rápido
Refrigerado por gas reactores de hoy en día - es el desarrollo de la rama china de la HTR alemán. Tienen un conjunto tan equilibrado de las ventajas y desventajas que la industria nuclear no ve el potencial en su desarrollo pero que a continuación. reactores de gas del futuro deben ser diferentes - criadores con un espectro de neutrones rápidos (que, por cierto, es muy trivial para el núcleo de helio - un neutrón notable moderador), refrigerado por helio inerte, y producir electricidad en la turbina de gas
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Instalación nueva vasija del reactor de gas de China 25/03/2016
Hoy en día, los reactores refrigerados por gas no han recibido mucha desarrollo de una serie de razones, el principal de ellos - en accidente de tipo LOCA (ruptura de la tubería con una pérdida de estanqueidad del reactor) se convierte en nada a enfriar el núcleo. ¿Qué le gustaría algo que lidiar con eso, el calor en el caso de un accidente se retira a través de las paredes, y el tamaño de AZ infla hasta diez veces en comparación con los reactores refrigerados por agua. En la generación IV de este problema tendrá que decidir, y si se hará un "gas rápida" puede sintonizar completamente nuevos colores, con su muy alta eficiencia.



imagen Proyecto GT-MHR con una turbina de gas, la propia turbina de gas y las características de la instalación del reactor. No hay generadores de vapor.
Dicho de un solo circuito de enfoque de alta temperatura, junto con un tipo completamente diferente de combustible (en lugar haytechnogo de productos de construcción de maquinaria que funciona con combustible en PWR / BWR / PWR ofreció algo así como esculpir millones de ladrillos de grafito o gránulos de partículas de uranio en el interior), teóricamente, permite obtener la energía nuclear muy barato. Hasta ahora, sin embargo, lejos de ello -. Es fácil conseguir un criador de helio-enfriado y el calor
Una ventaja importante es más reactores de gas de inercia y helio inactivación utilizado como refrigerante. La desventaja es un importante los costos de energía para el bombeo de helio a través del núcleo del reactor.

reactor rápido refrigerado por gas el Allegro

Y prometiendo una poderosa TFG reactor rápido refrigerado por gas. Es interesante entender cómo no van a enfriar el combustible del reactor en la apertura ...
En la actualidad, el único proyecto activo en este ámbito es el reactor Europea pequeña investigación, el Allegro, la capacidad térmica de 75 megavatios, utilizando combustible de plutonio. Su misión - para explorar los problemas que enfrentan los diseñadores de gran tamaño (2.400 MW térmicos) europea a largo plazo TFG criador de gas. Uno de los más difíciles - de combustible de alta temperatura y helio. También se puede observar el proyecto nacional de GT-MHR, una vez diseñado como una alternativa a la BN-800.

E incluso un poco de china de fabricación HTR-PM. Para la vasija del reactor se acopló en este momento el generador de vapor.
Sin embargo, el gas de alta temperatura se enfrió hasta los reactores de la competencia ... reactores refrigerados por gas que existen en la actualidad.
reactor de gas de alta temperatura
El hermano menor del concepto №3 cuya tarea principal - para ser una fuente de calor nuclear para las industrias químicas y metalúrgicas. Para este propósito helio de los gases de escape del reactor debe ser calentado a 900 grados Celsius o superior. Esta área ha entrado en la lista de prometer, principalmente debido a una oleada de interés en la energía del hidrógeno en los años 90, cuando estas instalaciones se tuvieron que producir hidrógeno (lote de hidrógeno!) Del medio piroquímicos agua.

propusieron estación de generación de hidrógeno a partir de VGTR. Tal vez para el futuro futuro energético de hidrógeno como sistemas de almacenamiento de energía para el dominio de las energías renovables.
La principal diferencia con el anterior concepto - que por una alta temperatura en el combustible HTGR abandon cría y CNFC. La base técnica de este tipo de gas reactores refrigerados están disponibles en la pelota de llenado (TRISO) o combustible prismática. HTTR reactor de investigación japonés, en especial la temperatura del helio se han obtenido 850 C.

microesferas de uranio dispersiruemye en bloques de grafito - una de las opciones de combustible para reactores de gas enfriado
Sin embargo, no mucha complejidad (en comparación con otros participantes) con la aplicación de la HTGR hacer favorito - junto con el desvanecimiento de interés en la energía del hidrógeno, y perdió el deseo de invertir en fuentes térmicas nucleares. Hoy en día, los únicos que desarrollan esta dirección - los chinos están construyendo la unidad industrial HTR-PM primer piloto y tienen grandes planes para el desarrollo de esta dirección. Sin embargo, tal vez, cuando el carbón es demasiado caro o inconveniente para el calor de proceso, vamos a ver el florecimiento de HTGR
reactor de un solo circuito, el agua supercrítica
A presiones por encima de 225 atmósferas y temperaturas por encima de 374 grados de agua deja de hervir y convierte en algo entre un líquido y vapor. Si se toma y tratar de "dispersar" normal refrigerante PWR / VVER a tales parámetros, podemos obtener una gran cantidad de ventajas anormales
la más obvia - la eficiencia de la instalación aumentará del 33% al 42-43% energía aumentará a 1, 5 veces en aproximadamente el mismo tamaño y el costo reactor menos obvio -. debido a la alta capacidad de calor del refrigerante resultante puede aumentar la proporción de uranio para el agua en el núcleo y para recibir espectro intermedio del reactor de neutrones a combustible en la reproducción en el PP 0, 8-1, es decir, . Casi cerrada ciclo del combustible nuclear debido a la falta de ebullición AZ mucho más fácil llegar a hacer un sistema de reactor único - como en "Calderas" BWR, que todavía reduce la cantidad de equipos necesarios para producir una planta de energía nuclear de pleno derecho li. >
 
La Estructuralmente, estos reactores no difieren mucho de los reactores VVER habitual, todas las sutilezas en el diseño de combustible
Por otra parte, en el sector de la energía térmica tiene mucha experiencia para crear instalaciones generadoras de vapor de vapor supercrítico, es decir, problemas como para crear una turbina de gas para los reactores gigavatios gahoohlazhdaemyh no se deriven. Él está jugando en las manos de una enorme experiencia y el desarrollo de energía nuclear de hoy en el PWR / VVER.


combustible para reactores de este tipo tiene cavidades y canales para los elementos en movimiento el cambio de la moderación de neutrones del reactor - la regulación del espectro
El principal obstáculo para la aplicación de esta dirección es la agresividad de vapor a una presión de 250 atmósferas y una temperatura de 560 grados (los cuales pueden conseguirse en proyectos UDCWs), lo que significa una gran cantidad en el desarrollo de nuevos materiales y estructuras. No es fácil y la creación de la vasija del reactor a tales parámetros, a pesar del hecho de que la eficiencia de 43% de la promesa reactores rápidos con refrigerantes de metal.

estadounidenses también supone un refrigerante de múltiples pasadas a través del núcleo.
Hoy en día la investigación principal sobre los UDCWs sujetos ir a Rusia, Japón y Estados Unidos, que ha creado los proyectos VVER-SKD (enlace gran artículo de revisión) y SCFR japonés y RMWR y HPLWR americana - todo todavía plenamente el "papel» Blog. reactor de sales fundidas
El Santo Grial de la energía nuclear, un lugar de culto de todos los desarrolladores de reactores. La mezcla homogénea de fluoruro de berilio fluoruro fundido / sodio y uranio / plutonio / torio forma un núcleo líquido, que no tiene miedo de los problemas de resistencia a la radiación. selección continua y limpieza de la sal de los productos de desintegración (incluidos los venenos neutrónicos) le permite mantener el más alto nivel de reproducción de combustible y genera automáticamente un ciclo de combustible nuclear cerrado a la derecha en la estación. El reactor puede ser fácilmente conectado, por ejemplo, en la trampa de drenaje del núcleo en las que no es crítica. Y la línea de desagüe puede ser conectado durante el funcionamiento normal se congela el enchufe de la mezcla de combustible, es decir, en el caso de pérdida de control y localización AZ detendrá automáticamente. El calor en este tipo de reactores se debe retirar a través de intercambiadores de calor colocados en el recipiente de reactor (tipo integral).

proyectos europeos MSR. Donde otros proyectos tienen mecánicos complicados del núcleo, en el MSR vacío bastante budista.
Además MSR es el más conveniente (junto con el agua pesada) de integrarse en el ciclo de combustible de torio.

Además de chicos serios de Gen 4 SI reactores de sales fundidas están disponibles para su uso y varios arranques
Como de costumbre, las ventajas son también desventajas. La ausencia de una de las barreras para la propagación de la radiactividad (revestimiento) plantea preguntas en Atomnadzor. La presencia constante de prácticamente la totalidad de la tabla periódica en la masa fundida causa grandes problemas con la resistencia a la corrosión de la vasija del reactor. La gran planta de radioquímica próxima al reactor además de las cuestiones más radiofobskih crea incluso con la no proliferación de problemas materiales nucleares. Después de MSR no es sólo un fabricante de armas - pero es mejor que el plutonio de uso militar en una escala muy tangible. De hecho, una planta de energía nuclear de este tipo puede producir un material apto para armas de las bombas nucleares por año decenas.


Otra MSR de principio Transatomic de energía. refiriéndose a los arranques de frecuencia zhidkosolevikam alarmante.
En el siglo 20 dos pequeños reactores de sales fundidas operados en Estados Unidos - Aeronaves reactor experimental (ARE) y el Experimento de sales fundidas Reactor (MSRE), y sólo el segundo de los cuales se ha realizado correctamente, y se considera que se han cerrado en 1976 a favor de una mucho más éxito (y algo más sencillo) reactor rápido con refrigerante de sodio. (Un interesante documental, en Inglés sobre MSRE) guía empresas
reactor MSRE. Aquí 1 - reactor, 2 - circuitos de calor del intercambiador de 1-2, 3, 6 - tsikrulyatsionnye bombas 7, 8, 9 - eliminación de calor del sistema reactor está en el aire, 10, 11 - vaciar los depósitos de masa fundida de sales, 13 - se congela para el tubo de desagüe de emergencia sal.
Сегодня, не смотря на регулярно возникающий интерес к этому “идеальному ядерному реактору”, нет ни одного поддержанного финансированием проекта по строительство хотя бы исследовательской установки. Разрабатываются только “бумажные” реакторы, например MOSART или MSFR или проекты стартапов. Однако потенциальная перспективность заставляет проводить разнообразные поддерживающие исследования (например по коррозионной стойкости) в надежде, что когда-нибудь прогресс в других областях (например в материалах) даст толчок развитию ЖСР.

Заключение

Если бы в мире вновь возник стойкий интерес к атомной энергии, то у индустрии в загашнике есть разработки способные решить множество задач по устойчивому обеспечению энергией цивилизации. Однако в условиях, когда все плюшки достаются возобновляемым источником скорее всего по большинству из перспективных концепций реакторов мы увидим только опытные установки и неспешное их развитие.
Источник: geektimes.ru/post/274064/

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