Техно новости и обзоры

  • Главная
  • Карта сайта

23

Июл

Гибридный реактор уничтожит самые опасные ядерные отходы

Способов переработки ядерных отходов физикам известно немало. Да и слово «отходы» они не любят. Ведь что является отходом для одного типа реактора, может послужить прекрасным топливом для второго. Люди давно мечтают замкнуть цикл так, чтобы «окончательными отходами» явились материалы, которые не требуют захоронения на десять тысяч лет. Другой вопрос — как лучше всё это реализовать? На него теперь появился новый ответ.

В процессе работы АЭС образуются трансурановые отходы, состоящие из долгоживущих радиоактивных элементов. Это наипервейшая головная боль поборников защиты природы, негативно относящихся к ядерной энергетике. Ведь в остальном — полная красота: нет выбросов парниковых газов и прочей «гадости». Про опасность аварии нужно говорить отдельно (есть любопытные проекты). Но вот отработанное топливо…Ни одно из решений, как грамотно поступать с отходами от работы ядерных реакторов (а самые массовые — это легководные, на тепловых нейтронах), не является идеальным. Любить природу — сложно. И что ещё хуже — дорого.

Желаете выбросить? Стройте надёжные хранилища, рассчитанные не на века — на тысячелетия. Вроде того, что намечается возвести в США под горой Юкка. Там не просто сеть тоннелей — колоссальный набор автоматики, стены из титана и прочее в таком духе. А уж в какие многослойные «матрёшки» из сверхстойких сплавов предлагается упаковывать облучённое топливо, так любо-дорого посмотреть. Кстати, дорого — не то слово. Цена вопроса — десятки миллиардов долларов. И это только на постройку сооружения

Хотя ITER является исследовательским реактором ядерного синтеза, он первым должен показать осуществимость промышленных электростанций такого рода. Как видно по фигурке человечка внизу, установка эта – просто колосс. Сложность, стоимость и сроки строительства этого монстра – соответствующие. Когда синтез вытеснит обычную ядерную энергетику? (иллюстрация ITER) Что ещё? Много лет учёные работают над превращением реакторов на быстрых нейтронах в сжигатели отработанного топлива с реакторов обычных. В этой стратегии много плюсов: общее количество опасных радиоактивных отходов, подлежащих всё же захоронению, резко снижается, а полнота использования природного урана — повышается радикально.

Такие реакторы (разного калибра и назначения) существуют не одно десятилетие, хотя их мало, в сравнении с реакторами на тепловых нейтронах. Есть и новые проекты такого типа (в России, в частности, данному направлению уделяется очень большое внимание). Но по-прежнему камнем преткновения является не физика, и даже не инженерное воплощение идей учёных (его следует признать более сложным, нежели у обычного реактора), а бухгалтерия.

Про экзотику вроде отправки отходов в космос или погружения их под земную кору сейчас, тем более, говорить рано. Ещё варианты?

По мнению группы учёных, возглавляемой Майком Котсченрейтером (Mike Kotschenreuther) из университета Техаса (University of Texas at Austin), лучшим решением будет подкритическая гибридная установка синтеза-распада.

В двух словах устроена она так. В центре — источник нейтронов, работающий на реакции синтеза — Compact Fusion Neutron Source (CFNS). «Одеяло» вокруг CFNS — это ядерный реактор, в который в качестве топлива помещаются трансурановые отходы классических легководяных АЭС.

Схема гибридной установки, придуманной в университете Техаса (иллюстрация M. Kotschenreuther et al.). Отличие CFNS от других реакторов синтеза, созданных или разрабатываемых, — очень малые размеры, сочетающиеся, однако, с высокой мощностью (100 МВт) и, соответственно, очень плотным потоком нейтронов. По типу удерживающей плазму системы эта установка относится к токамакам, как и множество экспериментальных устройств в разных странах, как и флагманский международный реактор ITER, который должны построить во Франции (запуск намечен на 2016 год).

Но в деталях полно отличий. В частности, у техасцев придумана оригинальная конфигурация магнитных катушек.

Маленькое отступление. Для питания реакций ядерного синтеза можно применять разное горючее: дейтерий плюс тритий, дейтерий плюс гелий-3, дейтерий плюс дейтерий и так далее. Первый вариант проще всего осуществить. Требования к температуре, времени удержания и плотности плазмы тут самые низкие. Зато есть и недостаток — сильная нейтронная радиация, опасная для людей сама по себе, да к тому же приводящая к мощной наведённой радиоактивности в конструкциях реактора.

Потому физики мечтают об установках будущего, в которых будут использоваться дейтерий и гелий-3 (его огромные запасы имеются, к примеру, на Луне). Но до таких установок нужно ещё добраться. Потому даже гигант ITER будет использовать всё ту же пару дейтерий-тритий.

А вот Майк и его коллеги подходят к проблеме нейтронов с другой стороны. «Кто нам мешает, тот нам и поможет!» — восклицают они. И поясняют, что перед CFNS не будет стоять задача выработки дешёвой энергии. Этот реактор нужен всей установке лишь в роли поставщика сильнейшего потока нейтронов, которые будут бомбардировать отработанное ядерное топливо и тем самым ускорять в нём процесс трансмутации (превращения элементов).

В результате долгоживущие радиоактивные отходы, спрятанные во внешнем «одеяле» гибридного реактора, обратятся в более безопасные элементы.

Ключом к созданию токамака CFNS, а значит, и всего комплекса для трансмутации (Fusion–Fission Transmutation System – FFTS) является дивертор — деталь, воспринимающая поток частиц и излучения, исходящие от плазменного шнура, который висит в центре магнитной ловушки.

Специалисты университета Техаса разработали собственный его вариант, названный Super X. По способности переваривать без разрушения сильные потоки энергии от сердцевины реактора синтеза он превосходит аналоги впятеро. И именно это делает возможным построение FFTS: необычайно миниатюрной установки, которая в одиночку способна справиться с отработанным топливом от 10-15 легководяных реакторов обычных АЭС, сообщают исследователи в пресс-релизе университета.

Сочетание классических реакторов с гибридными FFTS, подсчитали американские специалисты, позволит решить проблему отработанного ядерного топлива не за столетия (как в случае с развитием индустрии перерабатывающих реакторов на быстрых нейтронах), а за десятилетия. При этом такой комплекс сможет уничтожать 99% трансурановых отходов АЭС.

В довершение к столь светлой перспективе, как уверяют авторы системы в своей статье в журнале Fusion Engineering and Design, комплекс FFTS с CFNS в качестве сердца окажется одновременно и дешевле, и эффективнее прочих установок для трансмутации, разрабатываемых ныне в рамках ряда проектов.

При этом Котсченрейтер и его коллеги рассматривают FFTS как промежуточный этап перехода человечества от ядерной к термоядерной энергетике, дополняемой альтернативной (солнце, ветер, волны).

А пока нет промышленных реакторов синтеза, способных дать ток потребителям, оставаясь конкурентоспособными по цене, следует получить максимум дивидендов с традиционных АЭС. Дивидендов в виде экологически чистой (в плане загрязнения атмосферы) энергии. А теперь ещё — и почти безотходной.

Тут надо отметить, что сама идея соединения в одном устройстве термоядерного и ядерного реакторов, дабы преобразовывать в нём отработанное топливо с АЭС, — далеко не нова. Но техасцы, как они считают, первыми показали путь к постройке такого гибрида-избавителя, который был бы осуществим с точки зрения как инженерии, так и экономики.

Дивертором Super X уже заинтересовались три научные группы в США и Британии, работающие над своими проектами токамаков. И если найдутся средства на продолжение исследований Котсченрейтера, следующими шагами учёных должны стать расширенное численное моделирование, инженерный проект и постройка прототипа FFTS.

Что ещё? Много лет учёные работают над превращением реакторов на быстрых нейтронах в сжигатели отработанного топлива с реакторов обычных. В этой стратегии много плюсов: общее количество опасных радиоактивных отходов, подлежащих всё же захоронению, резко снижается, а полнота использования природного урана — повышается радикально.

Такие реакторы (разного калибра и назначения) существуют не одно десятилетие, хотя их мало, в сравнении с реакторами на тепловых нейтронах. Есть и новые проекты такого типа (в России, в частности, данному направлению уделяется очень большое внимание). Но по-прежнему камнем преткновения является не физика, и даже не инженерное воплощение идей учёных (его следует признать более сложным, нежели у обычного реактора), а бухгалтерия.

Про экзотику вроде отправки отходов в космос или погружения их под земную кору сейчас, тем более, говорить рано. Ещё варианты?

По мнению группы учёных, возглавляемой Майком Котсченрейтером (Mike Kotschenreuther) из университета Техаса (University of Texas at Austin), лучшим решением будет подкритическая гибридная установка синтеза-распада.

В двух словах устроена она так. В центре — источник нейтронов, работающий на реакции синтеза — Compact Fusion Neutron Source (CFNS). «Одеяло» вокруг CFNS — это ядерный реактор, в который в качестве топлива помещаются трансурановые отходы классических легководяных АЭС.

Отличие CFNS от других реакторов синтеза, созданных или разрабатываемых, — очень малые размеры, сочетающиеся, однако, с высокой мощностью (100 МВт) и, соответственно, очень плотным потоком нейтронов. По типу удерживающей плазму системы эта установка относится к токамакам, как и множество экспериментальных устройств в разных странах, как и флагманский международный реактор ITER, который должны построить во Франции (запуск намечен на 2016 год).

Но в деталях полно отличий. В частности, у техасцев придумана оригинальная конфигурация магнитных катушек.

Маленькое отступление. Для питания реакций ядерного синтеза можно применять разное горючее: дейтерий плюс тритий, дейтерий плюс гелий-3, дейтерий плюс дейтерий и так далее. Первый вариант проще всего осуществить. Требования к температуре, времени удержания и плотности плазмы тут самые низкие. Зато есть и недостаток — сильная нейтронная радиация, опасная для людей сама по себе, да к тому же приводящая к мощной наведённой радиоактивности в конструкциях реактора.

Потому физики мечтают об установках будущего, в которых будут использоваться дейтерий и гелий-3 (его огромные запасы имеются, к примеру, на Луне). Но до таких установок нужно ещё добраться. Потому даже гигант ITER будет использовать всё ту же пару дейтерий-тритий.

А вот Майк и его коллеги подходят к проблеме нейтронов с другой стороны. «Кто нам мешает, тот нам и поможет!» — восклицают они. И поясняют, что перед CFNS не будет стоять задача выработки дешёвой энергии. Этот реактор нужен всей установке лишь в роли поставщика сильнейшего потока нейтронов, которые будут бомбардировать отработанное ядерное топливо и тем самым ускорять в нём процесс трансмутации (превращения элементов).

В результате долгоживущие радиоактивные отходы, спрятанные во внешнем «одеяле» гибридного реактора, обратятся в более безопасные элементы.

Ключом к созданию токамака CFNS, а значит, и всего комплекса для трансмутации (Fusion–Fission Transmutation System – FFTS) является дивертор — деталь, воспринимающая поток частиц и излучения, исходящие от плазменного шнура, который висит в центре магнитной ловушки.

Специалисты университета Техаса разработали собственный его вариант, названный Super X. По способности переваривать без разрушения сильные потоки энергии от сердцевины реактора синтеза он превосходит аналоги впятеро. И именно это делает возможным построение FFTS: необычайно миниатюрной установки, которая в одиночку способна справиться с отработанным топливом от 10-15 легководяных реакторов обычных АЭС, сообщают исследователи в пресс-релизе университета.

Сочетание классических реакторов с гибридными FFTS, подсчитали американские специалисты, позволит решить проблему отработанного ядерного топлива не за столетия (как в случае с развитием индустрии перерабатывающих реакторов на быстрых нейтронах), а за десятилетия. При этом такой комплекс сможет уничтожать 99% трансурановых отходов АЭС.

В довершение к столь светлой перспективе, как уверяют авторы системы в своей статье в журнале Fusion Engineering and Design, комплекс FFTS с CFNS в качестве сердца окажется одновременно и дешевле, и эффективнее прочих установок для трансмутации, разрабатываемых ныне в рамках ряда проектов.

При этом Котсченрейтер и его коллеги рассматривают FFTS как промежуточный этап перехода человечества от ядерной к термоядерной энергетике, дополняемой альтернативной (солнце, ветер, волны).

А пока нет промышленных реакторов синтеза, способных дать ток потребителям, оставаясь конкурентоспособными по цене, следует получить максимум дивидендов с традиционных АЭС. Дивидендов в виде экологически чистой (в плане загрязнения атмосферы) энергии. А теперь ещё — и почти безотходной.

Тут надо отметить, что сама идея соединения в одном устройстве термоядерного и ядерного реакторов, дабы преобразовывать в нём отработанное топливо с АЭС, — далеко не нова. Но техасцы, как они считают, первыми показали путь к постройке такого гибрида-избавителя, который был бы осуществим с точки зрения как инженерии, так и экономики.

Дивертором Super X уже заинтересовались три научные группы в США и Британии, работающие над своими проектами токамаков. И если найдутся средства на продолжение исследований Котсченрейтера, следующими шагами учёных должны стать расширенное численное моделирование, инженерный проект и постройка прототипа FFTS.

Возможно заинтересует:

  • Интернет — общественно значимое пространство
  • Как региональным ТВ перейти на цифровое вещание
  • Ученые обнаружили в космосе природный ускоритель частиц
  • ВВС Индии завершили испытания самолетов-заправщиков
  • Пентагон назвал значительно подорожавшие за год проекты

Свежие записи

  • Интернет — общественно значимое пространство
  • Как региональным ТВ перейти на цифровое вещание
  • Ученые обнаружили в космосе природный ускоритель частиц
  • ВВС Индии завершили испытания самолетов-заправщиков
  • Мобильное подразделение Sony сократит 50% штата

Архивы

  • Ноябрь 2023
  • Октябрь 2023
  • Сентябрь 2023
  • Август 2023
  • Июль 2023
  • Июнь 2023
  • Май 2023
  • Апрель 2023
  • Март 2023
  • Февраль 2023
  • Январь 2023
  • Декабрь 2022
  • Ноябрь 2022
  • Октябрь 2022

Последние записи

  • Интернет — общественно значимое пространство
  • Как региональным ТВ перейти на цифровое вещание
  • Ученые обнаружили в космосе природный ускоритель частиц
  • ВВС Индии завершили испытания самолетов-заправщиков
  • Мобильное подразделение Sony сократит 50% штата
  • Живые фото Huawei P30 подтверждают наличие разъема 3,5 мм
  • Пентагон назвал значительно подорожавшие за год проекты
  • Дельфины страдают от кессонной болезни
  • В космосе обнаружена супержидкость
  • Выбраны 1058 человек, которые могут первыми отправиться на Марс
  • Случайные записи

    • Представлена новая гидроаккумулирующая электростанция
    • Смартфоны Xiaomi теперь могут ограничивать время использования приложений
    • Большое разочарование для многих: смартфон Redmi Note 7 Pro будет продаваться только в Индии и Китае
    • Ракеты хотят научить летать ниже, медленнее и без GPS
    • На территории кампуса НАСА обнаружены следы динозавров
    • В США создан трехколесный электромобиль
    • Смартфон OnePlus 7 будет даже дешевле, чем OnePlus 6T
Все права защищены © 2023 Техно новости и обзоры.