Az atomreaktor ő ű · 2019. 12. 1. · Az atomreaktor • Az atomreaktorban nagy mennyiség ű...
Transcript of Az atomreaktor ő ű · 2019. 12. 1. · Az atomreaktor • Az atomreaktorban nagy mennyiség ű...
A jövő atomreaktorai, transzmutáció Yamaji Bogdán
Nukleáris Technikai IntézetBudapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Szkeptikus Klub, 2019. november 26.
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 2
Maghasadás• Egy U-235
maghasadási
reakcióban
kb. 200 MeV =
3,2×10-11 J energia
szabadul fel.
– Fúzió: kb.
20 MeV/reakció
– Kémiai reakciók:
2-3 eV/reakció
http://xkcd.com/1162/
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 3
Az atomreaktor• Az atomreaktorban nagy
mennyiségű hasadóanyag
felhasználásával szabályozott
láncreakciót valósítunk meg.
• A gyors hasadási neutronok
lelassításához kell a
moderátor.
• A felszabaduló energiát a
hűtőközeg segítségével
vezetjük el a reaktorból.
• A neutronok számának (ezzel
a teljesítmény) szabályozására
szolgálnak a szabályozó
rudak.
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 4
kondenzátor
reaktortartály
fűtőelemkötegek
gőzfejlesztő
generátorturbinatérfogatkompenzátor frissgőz
betonvédelem(konténment)
tápvíz
tápvízszivattyú hűtővízfő keringető szivattyú
sz. rudak hajtása
szabályozórudak
előmelegítő
AtomerőműNyomottvizes reaktorral
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 5
Atomerőmű generációk
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 6
4. generációs reaktorkoncepciók
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 7
4. generációs reaktorkoncepciókA kiválasztott hat reaktorfejlesztési irány:• Szuperkritikus vízhűtésű reaktor (SCWR – Supercritical-Water-Cooled
Reactor): magas nyomású és magas hőmérsékletű, vízhűtésű reaktor, ami a víz termodinamikai kritikus pontja felett üzemel
• Nagyon magas hőmérsékletű reaktor (VHTR – Very-High-Temperature Reactor): grafit moderátoros, héliumhűtésű reaktor nyitott üzemanyagciklussal
• Gázhűtésű gyorsreaktor (GFR – Gas-Cooled Fast Reactor): héliumhűtésű gyorsreaktor zárt üzemanyagciklussal
• Nátriumhűtésű gyorsreaktor (SFR – Sodium-Cooled Fast Reactor): gyorsneutronspektrumú, nátriumhűtésű reaktor és zárt üzemanyagciklus, az aktinidák hatékony kezelésére és a fertilis urán hasadóanyaggá alakítására
• Ólomhűtésű gyorsreaktor (LFR – Lead-Cooled Fast Reactor): gyorsneutron-spektrumú, ólom vagy ólom-bizmut eutektikum folyékonyfém-hűtésű reaktor és zárt üzemanyagciklus, a fertilis urán hasadóanyaggá történő hatékony átalakítására és az aktinidák kezelésére
• Sóolvadékos reaktor (MSR – Molten Salt Reactor): folyékony üzemanyag kering a reaktorban, hasadóanyag sóolvadék keverékben feloldva, cél a hasadási termékek, aktinidák (radioaktív hulladék) kiégetése, a tórium alkalmazása magas hatásfokú villamosenergia-termelés mellett.
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 8
Aircraft Nuclear Propulsion program (1946-61)
• Aircraft Reactor Experiment (2,5 MWth)
• Aircraft Reactor Test („Fireball”, 60 MWth)– NaF-ZrF4-UF4
Sóolvadékos reaktor történet
Full-Scale ART Model
Full-Scale ART Model
ART Building
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 9
„There were two people at the [Manhattan Project] metallurgical laboratory, Harold Urey, the isotope chemist, and Eugene Wigner, the designer of Hanford, both Nobel Prize winners who always argued that we ought to investigate whether chain reactors, engineering devices that produced energy from the chain reaction, ought to be basically mechanical engineering devices or chemical engineering devices. And Wigner and Urey insisted that we ought to be looking at chemical devices – that means devices in which the fuel elements were replaced by liquids.”
The Proto-History of the Molten Salt SystemAlvin M. Weinberg, Former Director, Oak Ridge National Laboratory
February 28, 1997
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 10
Molten Salt Reactor Experiment (1965-1969)
• 10 MW (8 MW)
• 70,7% 7LiF - 16% BeF2-13% ThF4 - 0,3% UF4 (mol%)
• 93% U-235
• Belépő hőmérséklet: 635 °C
• Kilépő hőmérséklet: 663 °C
A sóolvadékos reaktor
reaktortartályszivattyú
hőcserélő
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 11
Molten Salt Breeder Reactor• 2250 MWth, 1000 MWe
• 71,7% 7LiF - 16% BeF2 - 3% ThF4 - 0,3% UF4 (mol%)
• tenyésztési tényező: 1,065
„Hagyományos” vs. sóolvadékos
HeatExchanger
Reactor
GraphiteModerator
SecondarySalt Pump
Off-gasSystem
PrimarySalt Pump
PurifiedSalt
ChemicalProcessing
Plant
Turbo-Generator
FreezePlug
Critically Safe, Passively Cooled Dump Tanks(Emergency Cooling and Shutdown)
Steam Generator
NaBF _NaFCoolant Salt
4
72LiF _Th
Fuel Salt
_BeF F _UF4 4
566 Co
704 Co
454 Co
621 Co
538 Co
Szilárd ÜA, víz hűtés, magas nyomás
p: ~130 bar, Tmax: ~330°CFolyékony ÜA, egyben hűtőközeg,
alacsony nyomás, magas hőmérséklet
p: ~1 bar, Tmax: akár 700-800°C
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 12
„Hagyományos” vs. sóolvadékos
• Üzemanyag összetétele akár üzem közben változtatható →radioaktív hulladék kiégetése (transzmutáció), tórium hasznosításra
• Magas hőmérséklet → magas erőművi hatásfok, de alkalmas lehet hidrogén termelésére, folyamathő hasznosításra
• Jó neutron-hasznosítás: alkalmazható aktinida égetésre (transzmutációra) vagy hasadóanyag-tenyésztésre
• Nem kell üzemanyagot szerelni
• Nincs zónaolvadás
• Folyamatos üzemanyag betöltés és csere
• Sóolvadékok alacsony nyomáson tarthatók
• Sóolvadékok nem reagálnak hevesen vízzel
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 13
Magas nyomás Légköri Légköriátlátszó nem átlátszó átlátszó
forráspont: - 883ºC > 1200ºCInert hevesen reagál enyhén reaktív
Hélium Nátrium Sóolvadék
Sóolvadék: príma hőszállító közeg Koncentrált napenergia
Na-K/NO3
Hot Tank = 585°C**
Cold Tank = 290°C;
www.energy.gov/sites/prod/files/2017/02/f34/Gen3%20Workshop_Liquid%20Overview_Vidal.pdf CRESCENT DUNES PROJECT OVERVIEWAndrew Wang, Director of Development, April 24, 2014
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 14
Koncentrált napenergia
Applying Molten Salt from CPS to Baseload Heat Availability – CPS Technology overview
Lummus Consultants
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 15
Sóolvadékos reaktor kutatásokMOSART - MOlten Salt Advanced Reactor Transmuter,2001-2004
• Homogén egyrégiós zóna– könnyűvizes reaktorokban termelt transzuránok
(TRU) transzmutációja
• Névleges paraméterek:
– 2400 MWth, 1000 MWe
– 10 000 kg/s
– Tbe: 600 °C
– Tki: 715 °C
– Primer üzemanyag-hűtőközeg: (58NaF-15LiF-27BeF2)+1,1AnF3
• Háttér:– Orosz (szovjet) MSR fejlesztések 1976-tól
• Célok: Th hasznosítás; tenyésztés, TRU transzmutáció, stb.
• Főbb kutatási területek: – kritikussági elemzések, reaktivitás-együtthatók meghatározása,
hatáskeresztmetszet-előállítás
– Reaktorkinetikai elemzések
– Tranziens elemzések: ULOF, ULOHS, UTOP, stb.
– TRUF3+AnF3 oldhatóság, kémiai, fizikai jellemzők, stb16
FIG. 1.4.1. MOSART core (option 1)
Fuel salt outlet
Lead
Reflector
Reflector
Shielding
Fuel salt inlet
window
Vessel
Fuel salt
inlet
Shielding
Distribution plate
Support ring
Reflector
cooling
Fuel salt drain
line 0
1000mm
Fuel salt level
Gas line
Shielding
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI
EVOL - Evaluation and Viability Of Liquid fuel fast reactor: MSFR - Molten Salt Fast Reactor,EU FP7, 2010-13
– Homogén hengeres zóna, 16 hurok– Szivattyúk, hőcserélők– Tenyészköpeny, axiális reflektorok, stb.– Tenyésztés, Th hasznosítás, transzmutáció
• Tbe: 650°C• Tki: 750°C• 3000 MWth• LiF-22,5% (Act)F4 ,
olvadáspont: 565 °C
17Szkeptikus Klub
Sóolvadékos reaktor kutatások
B. Yamaji et al: Thermal-hydraulic analyses and experimental modelling of MSFR, Annals of Nuclear Energy 64 (2014) 457–471, doi: 10.1016/j.anucene.2013.09.011B. Yamaji, A. Aszódi: Experimental modelling of a molten salt reactor concept, ICONE 21, July 29-August 2, 2013, Chengdu, China, ICONE21-16783B. Yamaji, A. Aszódi: Experimental investigation of the MSFR molten salt reactor concept, Kerntechnik: Vol. 79, No. 5, pp. 408-416., 2014, doi: 10.3139/124.110463B. Yamaji, A. Aszódi: Experimental modelling and numerical analysis of a molten salt fast reactor, PHYSOR 2014, 1106911, Sep 28 – Oct 3, 2014, Kyoto, JapanB. Yamaji, A. Aszódi: Uncertainty analysis and flow measurements in an experimental mock-up of a molten salt reactor concept, Kerntechnik: Vol. 81, No. 4, pp. 452-464., 2016, doi: 10.3139/124.110715Allibert et al., Yamaji et al.: Recommendations for an MSFR demonstrator pre-conceptual design, Evaluation and Viability of Liquid Fuel Fast Reactor System EVOL, Deliverable D2.9, 01/17/2014Allibert M., Aszodi A., et al, Szieberth M., Yamaji B.: Design components for MSFR, Evaluation and Viability of Liquid Fuel Fast Reactor System EVOL, Deliverable D2.7, 02/23/2013Brovchenko et al., Yamaji et al.: Optimization of the pre-conceptual design of the MSFR, Evaluation and Viability of Liquid Fuel Fast Reactor System EVOL, Deliverable D2.2, 09/24/2013D. Heurer et al.: Towards the thorium fuel cycle with molten salt fast reactors, Annals of Nuclear Energy 64 (2014) 421-429
Yamaji Bogdán, BME NTI
Sóolvadékos reaktor kutatások
SAMOFAR: Safety Assessment of theMOlten salt FAst Reactor
2015-19 Horizon2020
http://samofar.eu
18Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI
USA - FHR: Fluorid hűtőközegű magashőmérsékletű reaktor
• PB-FHR
– Kavicságyas reaktor
– Fluorid alapú hűtőközeg
– 236 MWth• Tin: 600 °C, Tout: 700 °C
– USDOE Integrated Research Projects
19Szkeptikus Klub
Sóolvadékos reaktor kutatások
Yamaji Bogdán, BME NTI
Sóolvadékos reaktor kutatások
Kína - TMSR
• Tórium hasznosítás– Hidrogéntermelés
– SMR• TMSR-LF: folyékony ÜA (MSR)
• TMSR-SF: szilárd ÜA (PBR)
20Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI
Sóolvadékos reaktor kutatások
SMR-ek• kis és moduláris,• kis és közepes atomreaktorok
Villamosenergia-termelés• kis hálózatok• távoli területek
Kapcsolt termelés• távhő• tengervíz sótlanítása• hidrogéntermelés
21Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI
Kihívások• Nagyon korrozív!• A komponensek és a keletkező anyagok (hasadási
termékek, aktinidák) oldhatósága eltérő• Viszonylag magas olvadáspont (ami ráadásul
összetételfüggő)• A primerkör elemeinek sugárterhelése jelentős• Komplex reaktorfizika, az aktív zónán kívül is!
– Hol van a zóna határa?– Későneutron anyamagok a zónán kívül– Zónába visszatérő későneutron anyamagok– Az üzemanyag áramlásának hatása a reaktorfizikai
jellemzőkre
• Non-proliferáció22Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI
Kihívások
Anyagtudományi kérdések
• Grafit– moderátor
– Csere szükséges 4-10 évente, hosszabb élettartam kutatás-fejlesztést igényel
• Szekunder sóolvadékok– „Kellemesebb” környezet (sugárterhelés, nincsenek
hasadási termékek és aktinidák, alacsonyabb hőmérséklet)
– NaBF4-NaF
– Szekunderköri berendezések korrózióállósága megoldandó
23Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI
Kihívások
Anyagtudományi kérdésekAktinidák és lantanidák oldhatósága a fluorid alapú sóolvadékokban, aktinidák kezelése magas koncentráció esetén
• A sóolvadék(ok) kémiai, fizikai jellemzőinek hosszútávú alakulása üzem során, valamint a hulladékelhelyezéskor
• Kompatibilitás friss üzemanyaggal, részlegesen kiégett üzemanyaggal, magas hőmérsékleten
• Kémiai feldolgozás, izotóp-elválasztás, reprocesszálás –ipari léptékű eljárásokat ki kell dolgozni, a meglévő módszereket egyszerűsíteni szükséges
24Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI
KihívásokAnyagtudományi kérdések• Üzemanyag-fejlesztés• Magfizikai, neutronfizikai adatok• A szerkezeti anyagok éllettartamának
meghatározása, megbízhatóságuk növelése: korróziós és ridegedési folyamatok széleskörű feltárása
• Trícium kezelés és monitorozás• Kémiai kezelő és monitorozó eljárások, rendszerek
kidolgozása, • Grafittal kapcsolatos kérdések, antagfejlesztésRészletes műszaki tervek
25Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI
KihívásokSzerkezeti ötvözetek• INOR-8
– Erős, stabil, korrózióálló, hegeszthető– grafittal kompatibilis– Nátriummentes sókkal kompatibilis 815 °C-ig– Nátriumtartalmú sókkal kompatibilis 700 °C alatt
• Hastelloy N– Fluorid alapú sókhoz fejlesztve
– 800 °C alatt korrózióálló, de további vizsgálatok szükségesek a hosszútávú viselkedés ismeretéhez
• Nikkeltartalmú ötvözetek– Héliumridegedés besugárzás hatására
26Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI
KihívásokNukleáris biztonság• Részletes és átfogó biztonsági elemzésekre és elemzési
eszközökre van szükség (üzemelő atomerőművekhez hasonlóan)
Üzemanyagciklus elemzések• Konverziós faktor (tenyésztési tényező): laboratóriumi
körülmények között vizsgálva csak; jelentős mennyiségű hulladék
• Meglévő (laboratóriumi) eljárások ipari kidolgozása, egyszerűsítése szükséges
• Hulladékkezelés• Proliferáció-állóság bizonyítása, biztosítása
27Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI
Termikus rektorral szerelt atomerőműveket tartalmazó rendszer nyílt üzemanyagciklussal
1. és 2. generációs atomerőművekLegfontosabb hulladékok:- Bányászati, ércdúsítási hulladékok (módszertől függő jelleggel)
- Izotópdúsítási hulladékok
- Atomerőművi hulladékok: kis-, közepes- és nagyaktivitású radioaktív hulladékok, utóbbiba beleértve a kiégett üzemanyagot
Atomenergia-rendszerek
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 28
Termikus reaktorral szerelt atomerőműveket tartalmazó rendszer zárt üzemanyagciklussal
1. és többségében 2. generációs atomerőművekLegfontosabb hulladékok:- Bányászati, ércdúsítási hulladékok (módszertől függő jelleggel)
- Izotópdúsítási hulladékok (kevesebb, mint az előző rendszernél)
- Atomerőművi hulladékok: kis-, közepes- és nagyaktivitású radioaktív hulladékok;
A kiégett üzemanyag nem hulladék, hanem melléktermék!
Atomenergia-rendszerek
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 29
Transzmutáció
Problémák:• Igen nagy radiotoxicitás
• Igen hosszú bomlási idő (105-107 év is lehet)A kiégett üzemanyag radiotoxicitásának időbeli alakulása nyitott
üzemanyagciklus esetében
1,E-03
1,E-02
1,E-01
1,E+00
1,E+01
1,E+02
1,E+03
1,E+04
1,E+05
1,E+06
1,E+07
1 10 100 1000 10000 100000 1000000
Idő (év)
Rel
atív
rad
ioto
xici
tás
Összes
Pu-238
Pu-239
Pu-241
Has. term.
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 30
Transzmutáció
• Radiotoxicitás DCF:
Dóziskonverziós
faktor
• Relatív radiotoxicitás
• Maradék kockázat
∑=Θi
iiD (t)DCFA(t)
)(
)()(
,
,t
tt
UD
DDrel Θ
Θ=Θ
[ ]dtttK
T
t
UDDm )()( ,∫ Θ−Θ=
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 31
Transzmutáció
“Tiszta” atomenergia
0,01
0,1
1
10
100
1000
10000
100000
1 10 100 1000 10000 100000 1000000
Idő (év)
Rel
atív
rad
ioto
xici
tás
Szükséges tárolási idő
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 32
TranszmutációEz az atomenergia-hasznosítás egyik kulcsproblémájává vált, ami az atomenergetika jövőjét egyedül is eldöntheti.
Lakossági ellenérzés fő oka: a lebomláshoz szükséges időtartam (∼1 millió év) nem emberi léptéke, ami minden jövőre vonatkozó előrejelzést vitathatóvá tesz.E problémát oldhatja meg új megközelítéssel az
ELVÁLASZTÁS+
TRANSZMUTÁCIÓ(Partitioning and Transmutation: P&T)
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 33
Transzmutáció
Hasadási termékek és/vagy másodlagos aktinidákneutronokkal történő átalakítása rövid felezési idejű vagy stabil izotópokká.
Hasadási termékek transzmutációjaEz a kisebb probléma
Hatékonyan termikus neutronokkal lehet (n,γ) reakcióval
Pl.: 99Tc(n,γ)100Tc 99Tc felezési ideje: 2,1×105 év ↔ 100Tc felezési ideje 15,8 s
129I(n,γ)130I129I felezési ideje: 1,57×107 év ↔ 130I felezési ideje 12,36 óra
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 34
Transzmutáció
Hasadási termékek transzmutációjaEz a kisebb probléma
Hatékonyan termikus neutronokkal lehet (n,γ) reakcióval
Pl.: 99Tc(n,γ)100Tc 99Tc felezési ideje: 2,1×105 év ↔ 100Tc felezési ideje 15,8 s
129I(n,γ)130I129I felezési ideje: 1,57×107 év ↔ 130I felezési ideje 12,36 óra
Nagy neutronfluxus szükséges
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 35
Transzmutáció
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 36
forrás: Csom, Fehér, Szieberth, BME NTI
Transzmutáció
Aktinidák transzmutációjaNagy neutronenergiáknál minden aktinida hasadóképes
Neutronenergia növekedésével nő a σf/σc arány
⇓
Hatékony transzmutáció gyors neutronokkal lehetséges, minél keményebb a neutronspektrum, annál hatékonyabb az átalakulás (gyorsreaktor)
Nagy fluxusra van szükség
Megoldható:Atomreaktorban (termikus és gyorsreaktorban)
Gyorsítóval hajtott szubkritikus rendszerben
4. generációs reaktorokat tartalmazó atomenergia-rendszerek
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 37
Transzmutáció
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 38
forrás: Csom, Fehér, Szieberth, BME NTI
Transzmutáció
237Np hasadási és neutronbefogási hatáskeresztmetszete
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 39
forrás: Csom, Fehér, Szieberth, BME NTI
Szimbiotikus atomenergia-rendszer (zárt üzemanyagciklussal)
3. és 4. generációs atomerőművekLegfontosabb hulladékok:
- Bányászati, ércdúsítási hulladékok (módszertől függő jelleggel): nagyon kevés vagy nulla
- Atomerőművi hulladékok: kis-, közepes- és nagyaktivitású radioaktív hulladékok;Nincs izotópdúsítási hulladék (szegényített urán)! A kiégett üzemanyag nem hulladék, hanem
melléktermék!
Atomenergia-rendszerek
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 40
KoNET - LFR, MSR, GFR, SCWR Dr. Yamaji Bogdán, BME NTI 41
Gyorsreaktorok jelentősége• Konverzió (átalakítás):
– fertilis izotópok: 238U, 240Pu, 232Th, 234U
átalakítása
– Neutronbefogással: (n,γ) reakcióval
– hasadóképes izotópokká: 239Pu, 241Pu, 233U, 235U
• Két gyakorlatilag fontos konverziós lánc: – urán – plutónium lánc:
238U - 239Pu
– tórium – urán lánc:232Th - 233U
• ! Másodlagos aktinidákfelépülése: Np, Am, Cm
felhasználva: Dr. Szieberth Máté: Mitől gyors egy gyorsreaktor? - Az üzemanyagciklus zárása és a gyorsreaktorok, Magyar Tudomány Ünnepe, 2017. nov. 20.
KoNET - LFR, MSR, GFR, SCWR Dr. Yamaji Bogdán, BME NTI 42
Gyorsreaktorok jelentősége
Konverziós tényező, tenyésztési tényező, tenyésztési nyereség
FD
FP
anyag shasadóképeott elfogyaszt
anyag shasadóképetermelt CR ==
1FD
FP
anyag shasadóképeott elfogyaszt
anyag shasadóképetermelt BR >==
1−= BRG
FD
FG
FD
FBOCFEOCG =−=
CR: konverziós arány; BR: tenyésztési arány; F: hasadóképes anyag; P: termelés; D: fogyás; G: tenyésztési haszon; BOC: kampány eleje; EOC: kampány vége
CR: conversion ratio; BR: breeding ratio; F: fissile material; P: produced; D: destroyed; G: breeding Gain; BOC: beginning of cycle; EOC: end of cycle
felhasználva: Dr. Szieberth Máté: Mitől gyors egy gyorsreaktor? - Az üzemanyagciklus zárása és a gyorsreaktorok, Magyar Tudomány Ünnepe, 2017. nov. 20.
KoNET - LFR, MSR, GFR, SCWR Dr. Yamaji Bogdán, BME NTI 43
Gyorsreaktorok jelentősége
Hasadási neutronhozam
Hasadóizotóp
Hasadást kiváltó neutronok energiája
E=0,025 eV E=1 MeV E=2 MeV233U 2,48 2,55 2,68235U 2,43 2,50 2,65239Pu 2,87 3,03 3,18
felhasználva: Dr. Szieberth Máté: Mitől gyors egy gyorsreaktor? - Az üzemanyagciklus zárása és a gyorsreaktorok, Magyar Tudomány Ünnepe, 2017. nov. 20.
KoNET - LFR, MSR, GFR, SCWR Dr. Yamaji Bogdán, BME NTI 44
Gyorsreaktorok jelentősége
Hasadási neutronhozam• 1 neutron hasadóanyagban történő befogása szükséges a láncreakció
folytatásához.
• L neutron vész el parazita befogás vagy a reaktorból történő kiszökés miatt.
• Következésképpen: η - (1 + L) neutron fogódik be fertilis anyagban.
• A szaporítás feltétele: η - (1 + L) >1, azaz: η > 2 + L
• A szaporítási tényező: BR = η - (1 + L)
• Kiszökő neutronok hasznosítása: tenyészköpeny
felhasználva: Dr. Szieberth Máté: Mitől gyors egy gyorsreaktor? - Az üzemanyagciklus zárása és a gyorsreaktorok, Magyar Tudomány Ünnepe, 2017. nov. 20.
KoNET - LFR, MSR, GFR, SCWR Dr. Yamaji Bogdán, BME NTI 45
Gyorsreaktorok jelentősége
Üzemanyag-tenyésztés• U-Pu ciklusban gyorsneutron-spektrumban hatékony
felhasználva: Dr. Szieberth Máté: Mitől gyors egy gyorsreaktor? - Az üzemanyagciklus zárása és a gyorsreaktorok, Magyar Tudomány Ünnepe, 2017. nov. 20.
KoNET - LFR, MSR, GFR, SCWR Dr. Yamaji Bogdán, BME NTI 46
Gyorsreaktorok jelentősége
Neutronspektrum
felhasználva: Dr. Szieberth Máté: Mitől gyors egy gyorsreaktor? - Az üzemanyagciklus zárása és a gyorsreaktorok, Magyar Tudomány Ünnepe, 2017. nov. 20.
Lehtséges hűtőközegek:
• Követelmények:– minimális moderálás
– jó hőelvonási képesség (a tipikus LMFR teljesítménysűrűsége 4-szer nagyobb az átlagos LWR-énél)
– minimális parazita neutronbefogás
• Kizárva: víz, organikus folyadékok
• Szóba jöhetnek: folyékony fémek vagy gázok– nátrium
– ólom, ólom-bizmut eutektikum
– gáz: hélium
– Sóolvadék, megfelelő összetétellel
Hulladék-recirkulációs szimbiotikus atomenergia-rendszer zárt üzemanyagciklussal
3. és 4. generációs atomerőművek (hosszú távon főleg 4. generációsok)
Legfontosabb hulladékok:- Bányászati, ércdúsítási hulladékok (módszertől függő jelleggel): nagyon kevés vagy nulla.
- Atomerőművi hulladékok. Kis-, közepes- és nagyaktivitású radioaktív hulladékok
De: kevesebb és gyorsabban lebomló nagyaktivitású hulladék! Nincs izotópdúsítási hulladék (szegényített urán)!
Atomenergia-rendszerek
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 47
Transzmutáció
Eredmény: • az elhelyezendő nagyaktivitású hulladékok aktivitásának,
radiotoxicitásának csökkenése
• lebomlási idő csökkenése 3-4 nagyságrenddel
• tárolás könnyebbé, tervezhetőbbé válik
• a probléma a lakosság számára is meggyőzően megoldottá válik.
⇓
Az atomerőművi kapacitások növelése a 4. generációs atomerőművek rendszerbe állítása eredményeként a nagyaktivitású radioaktív hulladékok mennyiségének csökkenésére vezet
Szükséges: 4. generációs atomerőművek kifejlesztésére
Gyorsítóval hajtott szubkritikus rendszerek kifejlesztése
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 48
TranszmutációGyorsítóval hajtott szubkritikus rendszer (ADS) példa:
MYRRHA
• szubkritikus neutronsokszorozó rendszer (keff <1), • külső neutronforrás: protongyorsítóval hajtott spallációs forrás,• nagyenergiás (~ 1GeV) protonok csapódnak a spallációs céltárgyba• nehéz (nagy Z: Pb, Pb-Bi, W, Ta, U) céltárgyból nagy számú gyors neutron lép ki• a szubkritikus zónában magátalakítás és energia-termelés• fő célok: transzmutáció, nagyintenzitású neutronforrás
The Belgian MYRRHA ADS Project: Recent Developments and Future Perspectives; Didier De Bruyn, Hamid Aït Abderrahim, Peter Baeten & Jarne Verpoorten SCK•CEN, Mol, Belgium; Pitesti, May 24 th , 2017
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 49
TranszmutációMYRRHA
The Belgian MYRRHA ADS Project: Recent Developments and Future Perspectives; Didier De Bruyn, Hamid Aït Abderrahim, Peter Baeten & Jarne Verpoorten SCK•CEN, Mol, Belgium; Pitesti, May 24 th , 2017
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 50
https://myrrha.be/en/about/
Szkeptikus Klub Yamaji Bogdán, BME NTI 51
Köszönöm a figyelmet!