SZYBKI-L

RAPID -L , RAPID-L AT (L: baza księżycowa, A: automatyczny, T: termoelektryczny) to koncepcja mikroreaktora jądrowego pomyślana jako elektrownia dla kolonii na Księżycu i Marsie . Opiera się na reaktorze szybkiego powielania serii RAPID (Refueling by All Pins Integrated Design) wykorzystującym konstrukcję ciekłego litu-6 . Badanie zostało sfinansowane przez Japoński Instytut Badań nad Energią Atomową (JAERI) w latach 1999–2001. Badania przeprowadziła firma japońska Centralny Instytut Badawczy Przemysłu Elektroenergetycznego (CRIEPI), Laboratorium Badawcze Komae.

Historia

W 1999 roku Departament Energii Stanów Zjednoczonych (DOE) rozpoczął projekt Inicjatywy Badań nad Energią Jądrową (NERI) (nie mylić z Międzynarodową Inicjatywą Badań nad Energią Jądrową I-NERI z 2001 roku). Jego celem było pozyskanie innowacyjnych badań publicznych. Tematem przewodnim było stworzenie ultrabezpiecznych i ultramałych reaktorów. Zainspirowany SP-100 , termoelektrycznym konwerterem metali alkalicznych (AMTEC) , własnym wysokotemperaturowym reaktorem chłodzonym gazem (HTGR) firmy JAERI. Reaktor testowy do inżynierii wysokotemperaturowej z 1990 r. oraz projekty RAPID i RAPID-A CRIEPI z lat 1993 i 1995. JAERI zleciło badanie RAPID-L.

W pierwotnym badaniu szukano ultrabezpiecznego i ultramałego reaktora szybkiego RAPID-L AT przeznaczonego do użytku w bazie na Księżycu lub na Marsie . Powodem założenia bazy na Marsie lub Księżycu była bliskość grawitacji obu ciał niebieskich wynosząca 1/3 i 1/6 grawitacji Ziemi. Badanie przeprowadzono według planu trzyletniego:

  • 1999: koncepcja podstawowa; badania materiałowe
  • 2000: eksperyment innowacyjnych technologii i ich wykonalności; Testy szybkiego montażu krytycznego (FCA).
  • 2001: testy LIM; analiza dynamiki roślin

Rozważania projektowe

  • Naturalna cyrkulacja była niezbędną zdolnością braną pod uwagę w przypadku reaktora. Jako chłodziwo wybrano lit-6 w oparciu o wymagania temperaturowe i jego temperaturę wrzenia (1615 K = 1342 °C) wyższą niż sód (882 °C) lub potas (757 °C). Innym powodem jest wytwarzanie helu w wyniku reakcji ( n , α ), a także służenie jako pochłaniacz neutronów. Wymagało to umiejętności usuwania i ekstrakcji helu.
  • Celem było zmniejszenie i uproszczenie konstrukcji reaktora, aby ułatwić kontrolę eksploatacyjną (ISI). Ustalono, że adaptacja koncepcji projektowej RAPID rozwiąże ten problem. Koncepcja RAPID zapewniałaby także czas pracy bez tankowania przez 20 lat i dłużej.
  • rozważano wystrzelenie promu kosmicznego i H-2 , co ustaliło granicę do 3,7 m średnicy, 10 m lub mniej długości i masy mniejszej niż 10 ton . Uwzględniono także grawitację Księżyca i Marsa. Ustalono, że aby spełnić te wymagania, wymagana jest wydłużona konstrukcja pieca. Ponieważ wymagania sejsmiczne są mniejsze w porównaniu z Ziemią, ryzyko uszkodzenia konstrukcji było mniejsze. W reaktorze przyjęto konstrukcję swobodnego czoła fali. Ponadto założono, że transport zostanie podzielony na dwa starty.
  • Założono, że ciężar na Księżycu wyniesie maksymalnie 670 kg i że poradzą sobie z nim proste dźwigi. Oczekiwano, że dostępny będzie ciężki sprzęt do kopania dołu o wymiarach 2 x 6 m.

Ogólny opis

Projekty RAPID i RAPID-L zostały opracowane przez Centralny Instytut Badawczy Przemysłu Elektroenergetycznego (CRIEPI) w Japonii . Konstrukcja RAPID-L to szybkiego reaktora powielającego na ciekły metal (LMFBR), którego zadaniem jest zapobieganie wypadkom spowodowanym błędami ludzkimi. Celem było stworzenie rdzenia o długiej żywotności, który jest z natury bezpieczny ze względu na brak konserwacji. Były to wymagania konieczne, gdyż reaktor miał być użytkowany na Księżycu.

W tym celu przyjęto kilka innowacyjnych pomysłów

  • Systemy grzewcze z panelem grzejnikowym
  • Zintegrowany zespół paliwowy (IFA) umożliwiający szybkie i uproszczone tankowanie
  • 10 lat pracy bez tankowania
  • Innowacyjne systemy kontroli reaktywności bez drążków sterujących itp.

RAPID-L to termoelektryczny układ konwersji energii wykorzystujący azotek uranu (wzbogacony odpowiednio w 40% i 50%) i płynny płyn chłodzący lit-6 o mocy 5 MW energii cieplnej i 200 kW mocy elektrycznej. Wlot i wylot litu są przystosowane do temperatury od 1030 do 1100°C. Lit-6 służy również jako pochłaniacz neutronów. To pierwszy tego typu reaktor. Ponieważ lit-6 nie był stosowany jako materiał pochłaniający neutrony w konwencjonalnych reaktorach prędkich, pomiary przeprowadzono w Fast Critical Assembly (FCA) Japońskiego Instytutu Badań nad Energią Atomową (JAERI). Rdzeń FCA składał się z próbek wysoko wzbogaconego uranu i stali nierdzewnej, aby symulować widmo rdzenia RAPID-L. Próbki wzbogacono 95% litem-6 i wprowadzono do rdzenia równolegle do osi rdzenia w celu pomiaru reaktywności w każdej pozycji. Stwierdzono, że zmierzona reaktywność w obszarze rdzenia była zgodna z obliczeniami. Czynniki obciążenia dla projektu rdzenia uzyskano poprzez porównanie wyników eksperymentalnych i obliczonych.

Jako wariant koncepcji szybkiego reaktora RAPID (Refueling by All Pins Integrated Design), można go tankować w szybki i prosty sposób. Istotne dla tej cechy jest to, że rdzeń reaktora składa się ze zintegrowanego zespołu paliwowego (IFA) zamiast konwencjonalnych podzespołów paliwowych. Ten mały rdzeń składa się z 2700 elementów paliwowych (kołków) połączonych ze sobą za pomocą IFA, składających się z siatki wsporczej rdzenia i kilku kratek dystansowych, i jest zmontowanych w nabój paliwowy. Wkład ten można wymienić jako całość. Reaktor może pracować bez tankowania aż do 10 lat (80% mocy nominalnej). Reaktor nie posiada prętów regulacyjnych. Aby osiągnąć w pełni zautomatyzowaną pracę, reaktor wykorzystuje różne systemy kontroli reaktywności: moduł rozbudowy litu (LEM), moduł wtrysku litu (LIM) i moduł uwalniania litu (LRM). LEM służy do nieodłącznego sprzężenia zwrotnego reaktywności, LIM służy do nieodłącznego ostatecznego wyłączenia, a LRM służy do automatycznego uruchamiania reaktora. Te pasywne systemy pomagają złagodzić skutki wyczerpywania się paliwa, zapewniając długą żywotność paliwa. Czynniki odchylenia wykorzystano do określenia liczby LEM i LIM potrzebnych w rdzeniu, aby osiągnąć w pełni zautomatyzowane działanie.

Reaktor ma zasadniczo konfigurację pętlową i zbiornik reaktora o średnicy 2 m, głębokości 6,5 m i wadze około 7,6 tony . Koncepcja RAPID nie obejmuje ani siatki, ani rdzenia, ponieważ są one zintegrowane z wkładem paliwowym. Prosty pojemnik reaktora ułatwiłby najważniejszą kontrolę eksploatacyjną (ISI). ISI można przeprowadzić przy każdym tankowaniu. Reaktor zaprojektowano do montażu poniżej poziomu gruntu, tak aby grunt zapewniał niezbędną osłonę. Oddzielne pompy elektromagnetyczne i wkład paliwowy są połączone rurkami łączącymi. Podsystem reaktora charakteryzuje się koncepcją tankowania RAPID, mającą na celu wyeliminowanie konwencjonalnych systemów transportu paliwa. Daje to znaczną oszczędność masy bloku reaktora, wynoszącą 60% w porównaniu z porównywalnymi systemami szybkich reaktorów chłodzonych ciekłym metalem.

Sterowanie reaktorem

Kompensacja wypalenia jest realizowana automatycznie przez LEM-y, osiągając 80% mocy znamionowej na koniec okresu eksploatacji wkładu paliwowego. LEM to urządzenie przypominające termometr, uruchamiane poprzez zwiększenie objętości Li 6 . Ten „pręt regulujący ciecz” może utrzymać moc reaktora na prawie stałym poziomie przez cały projektowany okres użytkowania. Praca przy częściowym obciążeniu jest możliwa poprzez regulację głównego natężenia przepływu chłodziwa. Moc reaktora będzie proporcjonalna do natężenia przepływu chłodziwa pierwotnego ze względu na sprzężenie zwrotne reaktywności LEM. LRM składa się z koperty podzielonej zamrożoną uszczelką na dwie komory. Dolna komora, w aktywnym rdzeniu, zawiera 95% wzbogacony Li 6 zbiorniku, natomiast w górnej komorze panuje próżnia przed uruchomieniem reaktora. Uruchomienie reaktora może nastąpić automatycznie, jeśli temperatura chłodziwa głównego osiągnie temperaturę gotowości. Ogrzewanie płynu chłodzącego można osiągnąć poprzez uwolnienie ciepła z głównego obiegu pompy. Następnie zamrożona uszczelka LRM stopi się w gorącej temperaturze gotowości (około 780 °C), a Li 6 jest powoli uwalniany z niższego poziomu (aktywnego poziomu rdzenia) na wyższy poziom, aby osiągnąć dodatni wzrost reaktywności. Ukończenie uruchomienia zajmie 7(11) godzin. LIM zapewniają wystarczające ujemne sprzężenie zwrotne reaktywności w niezabezpieczonych stanach przejściowych. LRM umożliwiają zautomatyzowany rozruch reaktora poprzez wykrywanie temperatury rezerwy gorącego chłodziwa pierwotnego. Wszystkie te systemy wykorzystują Li 6 i działają w oparciu o wysoce niezawodne właściwości fizyczne (zwiększanie objętości Li 6 w przypadku LEM oraz topienie zamrożonych uszczelek w przypadku LIM i LRM). Konfiguracja z szybkimi LEM-ami wymaga 3+(1) LEM-ów o mniejszym rozmiarze niż konfiguracja z wolnymi LEM-ami wymagająca 24 LEM-ów. RAPID-L jest wyposażony w 28 LEM, 16 LIM i 16 LRM w koncepcji projektowej. Dwa z 16 LRM to rezerwiści lub manekiny. Jest to bardzo redundantny system. Awaria niektórych z tych urządzeń spowodowałaby jedynie niewielkie odchylenie temperatury płynu chłodzącego. W przypadku awarii większości LEM, kompensacja wypalenia przez LEM może być niemożliwa i reaktor zostanie wyłączony.

Instalacja i uruchomienie reaktora

Reaktor może zostać wyniesiony przez rakietę nośną H-2 na niską orbitę okołoziemską (LEO) przed lotem na Księżyc. Następnie zostanie zamontowany w wykopanym cylindrycznym otworze o średnicy 2 m i głębokości 6 m. Wokół reaktora rozmieszczone są cztery segmenty konwersji energii termoelektrycznej i osiem paneli grzejnikowych.

Kontrowersje wokół Toshiby

Toshiby w badania i rozwój RAPID-L, jednakże nie udało się tego potwierdzić w żadnej japońskiej dokumentacji, ani we współczesnej nauce, ani w doniesieniach prasowych. Instytut Badawczy Mitsubishi, Inc. była jedyną spółką stowarzyszoną notowaną na liście. Wydawało się, że to błędne przekonanie pojawiło się, gdy Toshiba 4S została poddana wstępnemu przeglądowi przez amerykańską Komisję ds. Regulacji Jądrowych w 2007 r. Potwierdzenie to mogło zostać najpierw rozpowszechnione na blogach, ale ostatecznie znalazło się w kilku poważnych publikacjach i artykułach.

Zobacz też

Linki zewnętrzne

  • [1] Centralny Instytut Badawczy Elektroenergetyki
  • [2] Organizacja badawcza ds. informatyki i technologii (RiST)
Źródło: „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=RAPID-L&oldid=1033127788 ”