Интересный текст по текущей ситуации с одним из самых серьезных стартапов в мире атомной энергетики опубликован на Атоминфо.
Билл Гейтс, основатель компании "TerraPower", уговаривает американских законодателей увеличить финансирование атомной энергетики, а также обещает вкладывать свои средства в создание в США инновационных реакторов.

Изначальная идея TerraPower - "реактор-свеча" или TWR, где цепная ядерная реакция на одном конце топливного стержня вызываает трансмутацию U238->Pu239 последующего слоя и со временем переходит туда, оставляя за собой "пепел". Время "горения свечи" может составлять несколько десятков лет.
Изгибы геополитики сыграли с Гейтсом и его компанией дурную шутку. Созданное в Китае совместное предприятие с корпорацией CNNC оказалось нерабочим из-за санкций США против атомной отрасли Китая.
В предновогоднем обращении на своём сайте Гейтс заявил, что Соединённым Штатам нужно вернуть себе лидирующую роль в исследованиях в области ядерной энергетики. Одними только разговорами он не ограничился. Начиная с прошлого декабря, мультимиллиардер активно общается с депутатами от республиканской и демократической партий.
Деньги у Гейтса есть, и он готов продолжать поддерживать "TerraPower". По той информации, что появилась в американских СМИ, Гейтс планирует вложить в компанию 1 миллиард долларов. Кроме того, такую же сумму на нужды "TerraPower" он собирается привлечь из других частных источников.
Как известно, компания "TerraPower" создавалась для разработки проекта реактора с бегущей волной (TWR).
В идеале это должен быть быстрый натриевый реактор с подземным расположением, работающий 60 лет без перегрузки. Высокая эффективность использования природного урана в TWR должна сделать ненужным замыкание топливного цикла, что, в свою очередь, снимет многие вопросы у американских политиков, обеспокоенных проблемами нераспространения и опасностями хищения ядерных материалов.
Созданное в Китае СП должно было построить демонстрационный блок с TWR. Теперь Гейтсу и его компании приходится изыскивать варианты по строительству такого блока в США или, в крайнем случае, в какой-либо стране, которую в Вашингтоне считают дружественной.

К моменту китайского СП, впрочем, изначальная идея была давно заброшена, как нереалистичная. Проект TWR теперь предполагал более-менее традиционный быстрый натриевые реактор, в котором трансмутация и горение было бы в примерном балансе, который достигался бы перестановкой ТВС по активной зоне внутрикорпусной перегрузочной машиной. В целом эта концепция похожа на классический быстрый натриевый реактор с ЗЯТЦ но только без внешнего цикла переработки ОЯТ.
Но вопрос в том, насколько у "TerraPower" готова технология. Задача по созданию TWR, мягко говоря, непростая - хотя бы из-за отсутствия материалов, способных выдерживать сверхглубокие выгорания.
В свежей публикации "Washington Post" перечисляются три технические проблемы, решения которых компания всё ещё не нашла.
Во-первых, как выяснилось, бегущая волна не будет работать так, как ожидалось. "Свечи" в том виде, как её представляли на начальных стадиях разработки, в TWR создать не получится.
Во-вторых, вследствие первой проблемы к проекту TWR пришлось добавить требование о автоматической перестановке топливных кассет при работе реактора на мощности, удовлетворить которое будет очень непросто.
Третья проблема технического характера - те самые материалы, которые должны выдерживать сверхглубокие выгорания и огромные повреждающие дозы. Компания пока не может похвастаться тем, что она такие материалы смогла подобрать, хотя и упоминает об облучательных экспериментах на российском БОР-60.
.jpg)
TerraPower - это не только моделирование, расчеты и компьютерное конструирование, но и довольно крупная лаборатория и цех для работы с прототипами топлива (неядерными) и конструкций, а так же испытаний их. Кроме того, TerraPower является многолетним арендатором ячеек под облучение образцов в быстром натриевом исследовательском реакторе БОР-60 и разнообразных горячих камер в ядерных лабораториях по всему миру.
В компании, в которой занято порядка 150 человек, отдают себе отчёт в том, что практическая реализация проекта TWR может оказаться для неё недостижимой.
Поэтому компания параллельно ведёт разработку жидкосолевого реактора и рассчитывает, что министерство энергетики США оплатит 60% стоимости демонстрационного аппарата. Но и по направлению ЖСР вопросов больше, чем ответов, хотя и меньше, чем вопросов по направлению TWR.
Comments
Основная идея тут в том, что в тепловом спектре нейтронов среди ПД очень много нейтронных ядов (тот же ксенон), поэтому нейтронный баланс не сходится. Но чем жестче спектр, тем слабее это влияет, и в какой-то момент поглощение в "горящей" зоне становится незначительным, и нейтронов хватает и на поддержание цепной реакции деления и на трансмутацию свежих слоев. Но если ввести конструктивные материалы и теплоноситель, вроде как это перестает нормально работать
Так-то есть топливо, которое хорошо выдерживает маневры (всякие металлические и керметные варианты - см например Lightbridge), реактор и турбогенератор можно спроектировать под это, вопрос в экономике.
Реактор работает 50 лет на одной загрузке, потом его глушат, дают остыть, закидывают внутрь остальные радиоактивные части, заваривают, заливают внутрь бетон и захоранивают глубоко в стабильной геологической зоне. А на место старого втыкают новый реакторный модуль
В смысле?
Т.е. я очень хорошо понимаю, что сам делящийся материал сколь-либо значимого выгорания без рассыпания не выдержит, но его же можно в матрицу поместить.
Ещё есть мощная проблема разбухания топлива, что может разрушить оболочку.
Скорее уж действительно реактор с перекладыванием на ходу, тогда не надо держать 90% реактора просто так, чтоб было, в самом клиническом случае - небольшая труба, в которой эта зона ездит вперед-назад на несколько своих длин, проехала - перестало совсем уж бурбулировать - пепел вынули новое топливо вставили (это вдали от активного горения можно), доехало до конца - вот тут уже нетривиальный процесс реверсирования процесса, вполне возможно что с остановкой, как минимум заметным снижением мощности, но ненадолго.
А на Луну, Марс лететь, электромобили выпускать, скоростной туннель строить?
Что скажешь Алан Маск?
Обычный быстрый реактор, который они теперь представляют, продвинуть будет существенно сложнее как мне кажется. Интересно, почему они его по-прежнему называют TWR? Пытаются маркетингом мозги запудрить?
Но достоверно мы этого не знаем.
Чтобы одна загрузка активной зоны реактора проработала десятки лет, требуется лишь одно - спектр нейтронов должен соответствовать быстрому спектру или промежуточному, то есть отношение доли быстрых нейтронов к тепловым (граница между ними 0.625 - 1.0 эв), примерно, 100 000 не менее. Как и чем это будет достигнуто не важно, с точки зрения физики. Может проработать и все 200 лет и возможность продолжить работу останется (я считал до 200 лет, запас реактивности на выгорание оставался и урана-238 в композиции было много, дальше считать не видел смысла).
Однако, конструкционные материалы - оболочки и прочее - рассыпятся гораздо ранее.
Если кто-то придумает работоспособную конструкцию, в которой изначально все "рассыпалось", то бишь это есть изначальное состояние установки и "рассыпаться" дальше некуда, то да, задача решена.
Edited at 2019-01-30 02:29 pm (UTC)
Это ЖСР.
https://ieer.org/resource/energy-issues/traveling-wave-reactors-sodium-cooled-gold-at-the-end-of-a-nuclear-rainbow/
(кажется, покороче, и в html)
+
то же самое, но, кажется, подробнее, в PDF:
https://ieer.org/wp/wp-content/uploads/2013/09/TravelingWaveReactor-Sept20131.pdf
это
"Traveling Wave Reactors: Sodium-cooled Gold at the End of a Nuclear Rainbow?", 2013 г.
Да, не уверен, но, кажется, они там в критике (где оценивали количество обогатительных фабрик) заложились на меньшую глубину выгорания, чем TerraPower заявляет.
- у них там есть часть, в которой они опровергают, де, утверждения TerraPower про то, что на их планы всеобщей TWR-изации мировой энергетики понадобится, де, всего одна обогатительная фабрика.
И идут они, насколько помню, от предположения - "пусть у них будет вдвое большее выгорание" (чем где, в легководных?), и показывают, что по тем самым планам придется по одной фабрике в год запускать (ну и на это много критики завязано - де, столько обогащенного урана будут они производить - на кучу бомб хватит, а надежный контроль нераспространения при таком количестве фабрик не сделать).
Если они там с выгоранием легововдников сравнивали, то есть утверждение насколько понимаю, TerraPower'цев, из статьи
"TerraPower LLC traveling wave reactor development program overview":
"In order to address these limitations, TerraPower, LLC has developed the Traveling Wave Reactor (TWR) which is a near-term deployable and truly sustainable energy solution that is globally scalable for the indefinite future. The fast neutron spectrum allows up to a ~30-fold gain in fuel utilization efficiency when compared to conventional light water reactors utilizing enriched fuel".
( https://www.researchgate.net/publication/264153090_TerraPower_LLC_traveling_wave_reactor_development_program_overview )
Ну и вообще, непонятно, учитывали ли критики то, что там еще фертильное топливо тратиться будет. Если нет - то критика еще больше проваливается.
ВОУ или плутоний. Что тоже является проблемой.
>Можно ли представить себе такую массовую энергетику на необогащенном уране без производства высокообогащенного урана/плотония в промышленных масштабах? (Прикуривать одну свечу об другую?)
Теоретически - можно, на практике это все равно не работает, и уже не важно, можно ли технически реализовать "прикуривание" :)