голоса 0
просмотры 50

Ускорители-размножители или атомная энергетика без ядерного оружия?

Обострение мирового энергетического кризиса привело к появлению множества самых разных проектов, предлагающих способы его преодоления. К примеру, в одном из недавних проектов предлагалось поместить на стационарной околоземной орбите усовершенствованный реактор-размножитель мощностью 10 000 МВт. Авторы проекта намеревались передавать энергию на Землю посредством СВЧ-излучения. По мнению некоторых исследователей, таким образом удалось бы в полной мере реализовать преимущества атомной энергетики и ограничить ее отрицательные стороны, в частности радиоактивные выделения, тепловое загрязнение среды, возможность катастрофической аварии, затруднения о транспортировкой топлива и ликвидацией радиоактивных отходов. После вынесения реактора на околоземную орбиту топливо можно было бы заменять прямо в космическом пространстве, а отходы отправлять простыми ракетами к Солнцу или даже за пределы Солнечной системы.

Ускорители-размножители, или атомная энергетика без ядерного оружия

До последнего времени ускорители частиц рассматриваются по большей части как лабораторное, а не промышленное оборудование. Но делящиеся изотопы можно получать и с помощью ускорителей. Именно так американский физик Гленн Сиборг открыл плутоний, бомбардируя урановые мишени протонами в циклотроне.

Сейчас техника ускорителей достигла такого развития, что они могут служить и в качестве промышленных установок, которые, правда, не справились бы с производством делящихся материалов для ядерного оружия, но вполне могут снабжать топливом энергетическую ядерную систему. Речь идет о проекте ускорителя-размножителя, опубликованном в журнале New Scientist в 1977 г. В этой установке протоны с высокой энергией, попадая в мишени из тяжелых металлов, дают большое количество нейтронов, которые поглощаются в природном топливном сырье. Так вырабатывается топливо для энергетических реакторов, работающих на принципе ядерного деления. В дальнейшем нейтроны можно, по мере надобности, использовать для переработки радиоактивных отходов (посредством реакции захвата) в короткоживущие радиоизотопы или даже в стабильные материалы. Тепло, выделяющееся в мишенях, где протекают ядерные реакции, будет служить источником полезной энергии.

Ускорители позволяют осуществить нужные ядерные реакции в относительно удобных условиях, с меньшим количеством веществ и меньшей их концентрацией. Количество делящегося материала в обрабатываемом топливе будет возрастать и таким образом топливо будет обогащаться на месте, минуя принятые сегодня трудоемкие и дорогостоящие процессы обогащения и переработки. Если со временем масштаб этих процессов будет ограничен на основе взаимных соглашений, что позволит предупредить накопление делящихся материалов, пригодных для атомного оружия, то ускоритель-размножитель сможет поставлять топливо для реакторов. Еще одно его преимущество состоит в том, что в случае необходимости он способен вырабатывать топливо для энергетических реакторов и из неядерного топливного сырья. Тем самым атомная энергетика получила бы возможность развиваться совершенно независимо от производства ядерного оружия, и процесс получения топлива был бы изолирован от ядерного (делящегося) источника энергии.

Ускоритель-размножитель мог бы стать и средством мирного использования активных материалов запрещенного ядерного оружия. Так, плутоний можно включить в состав материала-мишени в реакторе, и полученные нейтроны будут захватываться в торцевой топливной зоне с образованием урана-233. Тепло, выделяющееся в материале-мишени при делении плутония, можно употребить на выработку электроэнергии. Вся система была бы разделена на блоки, далеко не достигающие критичности. Чтобы предупредить злонамеренное использование урана-233, его можно на следующем этапе торцевого цикла легировать определенным количеством урана-238. Тогда вырабатываемый уран-233 будет настолько загрязнен своим тяжелым изотопом (так сказать, "денатурирован"), что разделение этих изотопов станет слишком сложным и дорогим - для этого потребовался бы целый обогатительный завод.

Топливный цикл для линейного ускорителя-размножителя можно представить следующим образом:

  1. Добыча и переработка руд, содержащих окислы урана и тория.
  2. Изготовление тепловыделяющих элементов (твэлов) с окислами, заключенными в оболочку из высокостабильного материала.
  3. Облучение (бомбардировка протонами) приготовленных твэлов в ускорителе-размножителе до требуемой концентрации делящегося материала. Ускоритель может работать от внешнего источника электроэнергии пли получать ее за счет собственной тепловой энергии, или же сам может служить источником электроэнергии.
  4. Сжигание" топлива, полученного в ускорителе-размножителе, в энергетических реакторах (чаще всего легководных) с целью подачи электроэнергии в сеть.
  5. Выгоревшее топливо, пришедшее в докритическое состояние, можно "омолодить" в ускорителе-размножителе и снова использовать в реакторе для дальнейшего производства электроэнергии.
  6. Когда твэл выработан настолько, что использовать его еще раз в реакторе уже невозможно, его снова помещают в качестве мишени в ускоритель и непрерывно облучают, пока делящийся материал не выгорит почти полностью, а продукты деления превратятся в радиоизотопы с периодом полураспада не более 1-2 лет. Выделяющееся в этом процессе тепло можно использовать для выработки электроэнергии на собственные нужды или в сеть.
  7. Выгоревшие твэлы выдерживаются во временных хранилищах 20-30 лет, после чего их можно спокойно перерабатывать, чтобы использовать материалы оболочек и оставшиеся радиоизотопы, либо закладывать в постоянные хранилища ("могильники"), не требующие особых мер безопасности.

Переработка (регенерация) и обогащение могут увеличить запасы ядерного топлива только на 30%, тогда как реакторразмножитель позволит "сжигать" в реакторах практически все экономически доступные мировые запасы топливного сырья, что означало бы увеличение этих запасов в 140 раз.

Принципиально ускоритель-размножитель устраняет связь между производством топлива и операциями обогащения и переработки. В то же время он позволяет ликвидировать радиоактивные отходы без ущерба для окружающей среды. Выбрав такую альтернативу, мир мог бы избавиться от риска, который несет с собой атомная энергетика в ее теперешней форме.

закрыто с пометкой: статья
пользователь | категория: Образование и наука
есть лучший ответ пользователь | просмотры 50

Похожие вопросы

голоса 0
ответ 1
голоса 0
ответы 0
голоса 0
ответы 3
спросил пользователь GeFo 31 Авг, 18 | категория: Кулинария | просмотры 1.2k
голоса 0
ответы 8
голоса 0
ответы 3
голоса 0
ответ 1
спросил пользователь GeFo 01 Март, 17 | категория: Строительство и ремонт | просмотры 45
голоса +1
ответы 10
спросил пользователь GeFo 13 Дек, 16 | категория: Электроника | просмотры 183
1,703 вопросов
ответы 4,278
17 комментариев
2,749 пользователей