Wszechstronny reaktor testowy

Reprezentacja 3D uniwersalnego reaktora testowego

Versatile Test Reactor ( VTR ) był projektem Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych , mającym na celu zbudowanie reaktora testowego na neutrony szybkie do 2026 r. Finansowanie projektu zostało wycofane w 2022 r.

Historia

Po wycofaniu z eksploatacji Fast Flux Test Facility i Experimental Breeder Reactor-II (EBR-II) odpowiednio w 1992 i 1994 r., Stany Zjednoczone pozostały bez reaktora na neutrony szybkie w swojej flocie. Badania nad neutronami prędkimi ograniczały się do kilku reaktorów o ograniczonym dostępie zlokalizowanych w Rosji, w tym Bor-60 . Aby rozwiązać ten problem, ustawa Nuclear Energy Innovation Capabilities Act z 2017 r. zawiera przepis nakazujący Departamentowi Energii rozpoczęcie planowania źródła neutronów szybkich. Kongres przewidział 35 milionów dolarów w 2018 roku i 65 milionów dolarów w 2019 roku w budżecie na ten cel. W lutym 2019 r. VTR zatwierdził decyzję krytyczną 0, wykazując potrzebę misji wymagającą inwestycji, pierwszą z serii zatwierdzeń projektów. W tym czasie Sekretarz Energii Rick Perry ogłosił rozpoczęcie projektu Versatile Test Reactor. W listopadzie 2019 r. Battelle Energy Alliance , organizacja zarządzająca Idaho National Laboratory ogłosiło wyrażenie zainteresowania (EOI) poszukujące partnera branżowego do zaprojektowania i zbudowania VTR. W styczniu 2020 roku ogłoszono współpracę pomiędzy GE Hitachi Nuclear Energy (GEH) a TerraPower wspieraną przez Energy Northwest .

Rozważane potencjalne miejsca budowy VTR to Oak Ridge National Laboratory i Idaho National Laboratory.

Finansowanie projektu zostało wycofane w 2022 roku

Projekt koncepcyjny

Film Departamentu Energii przedstawiający koncepcję uniwersalnego reaktora testowego.

Cztery krajowe laboratoria, Idaho National Laboratory , Argonne National Lab , Los Alamos National Lab i Oak Ridge National Laboratory współpracowały z uniwersytetami i przemysłem komercyjnym w celu opracowania projektów koncepcyjnych, oszacowania kosztów i harmonogramu oraz wsparcia.

Prawdopodobnym projektem będzie chłodzony sodem reaktor o mocy 300 megawatów oparty na reaktorze PRISM firmy GE-Hitachi . Proponowane pierwsze paliwo będzie wykorzystywać paliwo ze stopu uranu, plutonu i cyrkonu. Takie paliwo stopowe było wcześniej testowane w reaktorze EBR-II. Później paliwo do reaktorów mogło składać się z innych mieszanek i różnych wzbogaceń uranu i plutonu oraz mogło wykorzystywać inne metale stopowe zamiast cyrkonu. Dla VTR nie planuje się żadnych urządzeń generujących energię.

Planowane możliwości

Raport Departamentu Energii Biura Energii Jądrowej (NE), Komitet Doradczy ds. Energii Jądrowej (NEAC) „Ocena misji i wymagań dla nowego reaktora testowego w USA” zalecał potrzebę posiadania krajowych możliwości testowania neutronów szybkich w USA. Rozważania dotyczące takiej zdolności obejmują

• Intensywne środowisko promieniowania neutronowego z prototypowym widmem w celu określenia tolerancji na promieniowanie i zgodności chemicznej z innymi materiałami reaktora, zwłaszcza chłodziwem.
• Testy, które zapewniają podstawową wiedzę na temat wydajności materiałów, walidację modeli w celu szybszego rozwoju w przyszłości oraz walidację wydajności materiałów na skalę inżynierską w celu wsparcia wysiłków licencyjnych.
• Wszechstronne możliwości testowania w celu uwzględnienia różnych opcji technologicznych, a także trwałych i elastycznych środowisk testowych.
• Skoncentrowane napromieniowanie, zarówno długoterminowe, jak i krótkoterminowe, za pomocą silnie oprzyrządowanych urządzeń eksperymentalnych oraz możliwość wykonywania pomiarów in situ i szybkiego pobierania próbek.
• Przyspieszony harmonogram mający na celu odzyskanie i utrzymanie wiodącej pozycji USA w zakresie technologii oraz umożliwienie konkurencyjności amerykańskich podmiotów przemysłowych na rynkach zaawansowanych reaktorów. Można to osiągnąć poprzez wykorzystanie dojrzałych technologii do projektowania reaktorów (np. chłodziwo sodowe w reaktorze prędkim typu basenowego, zasilanego stopami metali), umożliwiając jednocześnie innowacyjne eksperymenty.

Te planowane możliwości są z grubsza podobne do możliwości chłodzonego sodem reaktora testowego Fast Flux Test Facility o mocy 400 MWth , znajdującego się w Hanford Site w stanie Waszyngton , który został wycofany z eksploatacji w 1992 roku.

Wstępne wymagania, które spełniają te rozważania, obejmują:

• Zapewnić wysoki szczytowy strumień neutronów (energia neutronów większa niż 0,1 MeV) z prototypowym widmem energii neutronów dla szybkiego reaktora; docelowy strumień wynosi 4 × 10 ¹⁵ neutronów na centymetr kwadratowy na sekundę (neutronów/cm2-sek) lub więcej.
• Zapewnij wysoką moc dawki neutronów do testowania materiałów [określoną ilościowo jako przemieszczenia na atom]; celem jest 30 przemieszczeń na atom rocznie lub więcej.
• Zapewnić długość napromieniowania odpowiednią do testowania paliwa do reaktorów prędkich; cel znajduje się w odległości od 0,6 do 1 metra.
• Zapewnij dużą objętość napromieniowania w obszarze rdzenia; cel to 7 litrów.
• Zapewnij innowacyjne możliwości testowania poprzez elastyczność konfiguracji testowania i środowiska testowego (chłodziwa) w zamkniętych pętlach.
• Zapewnij możliwość testowania zaawansowanych czujników i oprzyrządowania dla stanowisk podstawowych i testowych.
• Przyspiesz cykl życia eksperymentu, umożliwiając łatwy dostęp do urządzeń pomocniczych do wytwarzania eksperymentów i badań po napromieniowaniu.
• Zapewnij zarządzanie cyklem życia (przechowywanie wypalonego paliwa jądrowego do czasu ostatecznego usunięcia) dla paliwa napędowego reaktora (paliwo potrzebne do działania reaktora) przy jednoczesnej minimalizacji kosztów i wpływu na harmonogram.
• Jak najszybsze udostępnienie obiektu do testów przy użyciu sprawdzonych technologii o wysokim poziomie gotowości technologicznej.

Sprzeciw

Edwin Lyman , starszy naukowiec i pełniący obowiązki dyrektora projektu bezpieczeństwa jądrowego w organizacji non-profit Union of Concerned Scientists , zakwestionował potrzebę reaktora na neutrony szybkie, stwierdzając, że istniejące obiekty można wykorzystać do produkcji neutronów szybkich.

Konstrukcja reaktora hodowlanego wytwarza więcej materiału rozszczepialnego w postaci plutonu, co powoduje obawy przed proliferacją. „Nie ma nic dobrego w tych reaktorach” – powiedział. „Myślę, że w Departamencie [energii] miłość do plutonu jest irracjonalna”.