Электроядерные установки…

 

Колесов В. Ф.

Электроядерные установки и проблемы ядерной энергетики

Монография − Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2013

 

Электроядерная установка (ЭЛЯУ) − это комплекс ускорителя протонов, подкритического ядерного реактора, называемого бланкетом, и генерирующей нейтроны мишени. Для безопасности ЭЛЯУ, ввиду глубокой подкритичности их бланкета, эффект Доплера, значения натриевого пустотного коэффициента реактивности и доли запаздывающих нейтронов не имеют большого значения.
Поэтому ЭЛЯУ, в сравнении с критическими реакторами, более гибки в отношении состава АЗ и режимов эксплуатации. Потенциальные области применения ЭЛЯУ – трансмутация ядерных отходов с попутным производством
энергии, производство энергии, производство делящихся материалов. На современном этапе развития ядерной энергетики использование ЭЛЯУ для трансмутации долгоживущих младших актинидов и продуктов деления считается приоритетным.
В монографии дано подробное освещение современного состояния и стратегий развития мировой ядерной энергетики, разработанных в разных странах концепций и проектов ЭЛЯУ, экспериментов по обоснованию принципов действия и управления ЭЛЯУ, потенциальных возможностей ЭЛЯУ в решении важных проблем ядерной энергетики. Прослежена история становления и развития идей трансмутации и ЭЛЯУ, приведены результаты отработки требуемых для ЭЛЯУ протонных ускорителей и мишеней. Монография содержит также информацию о методах расчетного моделирования ядерных, нейтронных и термогидравлических процессов в мишенях и бланкетах и теоретическое обоснование методов текущего контроля реактивности ЭЛЯУ.
Издание предназначено для научных и инженерно-технических работников, специализирующихся в области электроядерных установок и трансмутации долгоживущих радиоактивных отходов ядерной энергетики.

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие
Сокращения
Введение

ЧАСТЬ 1. ПРОБЛЕМЫ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

1.1. Современное состояние ядерной энергетики. Радиоактивные отходы
1.2. Временные хранилища ОЯТ
1.3. Необходимость трансмутации ДРАО
1.4. Трансмутация ДРАО с помощью критических реакторов
1.4.1. Отрицательное воздействие МА на характеристики безопасности реакторов
1.4.2. Трансмутация МА и ПД в облучательных мишенях с замедлителями
1.4.3. Возможности трансмутации МА в реакторе БРЕСТ и других реакторах со свинцовым или свинцово-висмутовым теплоносителем
1.4.4. Параметры реакторов, наиболее важные в аспекте обращения с ДРАО
1.5. ЭЛЯУ с ускорителем протонов как наиболее эффективный инструмент трансмутации ДРАО
1.6. Трансмутация ДРАО в зависимости от спектра и плотности потока нейтронов
1.7. Зондирующие эксперименты по трансмутации младших актинидов и продуктов деления
1.8. Быстрые реакторы. Стратегия развития ядерной энергетики в США, Франции и Японии
1.9. Стратегия развития ядерной энергетики в России

ЧАСТЬ 2. КОНЦЕПЦИИ И ПРОЕКТЫ ЭЛЯУ, РАЗРАБОТАННЫЕ В 1990−2012 ГОДАХ

2.1. Концепции ATW 1990-х годов
2.2. Современные концепции ATW
2.3. «Усилитель энергии» К. Руббиа
2.4. Проекты ЭЛЯУ XADS в рамках 5-й программы Евроатома
2.4.1. Проектные параметры трех установок XADS
2.4.2. Характеристики АЗ и анализ безопасности установок XADS
2.4.3. ЭЛЯУ MYRRHA
2.5. Другие концепции трансмутации ДРАО и разработки ЭЛЯУ
2.5.1. Концепция ЭЛЯУ и трансмутации ДРАО, разрабатываемые во Франции и Японии
2.5.2. Работы по ЭЛЯУ и трансмутации ДРАО, проводимые в других странах
2.6. Российские разработки в области ЭЛЯУ
2.6.1. Первоначальные разработки. Проект ЭЛЯУ, разработанный в ФЭИ
2.6.2. Характеристики ЭЛЯУ с тяжеловодными бланкетами на тепловых нейтронах
2.6.3. Проект малогабаритной энергетической ЭЛЯУ
2.6.4. ЭЛЯУ с расплавленно-солевыми бланкетами
2.6.5. Общая характеристика свойств жидкосолевых реакторов и бланкетов
2.6.6. Дополнение к общей характеристике свойств жидкосолевых реакторов
2.6.7. Подкритический генератор нейтронов ЭЛЯНГ
2.6.8. Проект ЭЛЯУ на основе линейного ускорителя протонов, действующего в ИЯИ РАН
2.7. Концепция ядерных релятивистских технологий (ЯРТ)
2.8. Концепция электроядерных установок с бланкетами каскадного типа
2.8.1. Стационарные связанные реакторы
2.8.2. Двухсекционные апериодические импульсные реакторы
2.8.3. Двухсекционные АИР каскадного типа (каскадные АИР)
2.8.4. Каскадные бланкеты электроядерных установок
2.8.5. Другие варианты каскадных бланкетов

ЧАСТЬ 3. РАЗВЕРНУТЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО ОБОСНОВАНИЮ ПРИНЦИПОВ ДЕЙСТВИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЯУ

3.1. Эксперименты по определению выхода энергии в мишенях, бомбардируемых протонами высокой энергии (эксперимент FEAT) [312]
3.2. Эксперименты на лабораторном устройстве «Энергия плюс трансмутация»
3.3. Эксперименты на лабораторном устройстве GAMMA-2
3.4. Эксперимент TARC
3.5. Программа экспериментов MUSE
3.6. Программа экспериментов TRADE
3.7. Эксперименты RAСE
3.8. Электроядерная установка ПСД
3.9. Электроядерная установка «Ялина»
3.10. Планируемая реконструкция исследовательского реактора CONSORT
3.11. Экспериментальное подтверждение концепции каскадных реакторов

ЧАСТЬ 4. ОТРАБОТКА ПРОТОННЫХ УСКОРИТЕЛЕЙ И МИШЕНЕЙ

4.1. Выбор типа протонного ускорителя
4.2. Линейные ускорители протонов
4.3. Циклические ускорители протонов
4.4. Проблема стабильной и надежной работы протонных ускорителей
4.5. Мишени заряженных частиц. Ядерные реакции расщепления
4.6. Выход и пространственное распределение нейтронов, генерируемых в мишенях
4.7. Энерговыделение в облучаемых протонами мишенях
4.8. Информация о других характеристиках мишеней и специфика требований к мишеням
4.9. Примеры проектных проработок конструкций мощных мишеней для ЭЛЯУ
4.10. Реализованная на практике мощная мишень MEGAPIE
4.11. Проблема поддержания высокого вакуума в мишенях без пучкового окна

ЧАСТЬ 5. МЕТОДЫ РАСЧЕТНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЯДЕРНЫХ И НЕЙТРОННЫХ ПРОЦЕССОВ В БЛАНКЕТАХ И МИШЕНЯХ ЭЛЯУ

5.1. Нейтронистика бланкетов ЭЛЯУ
5.1.1. Общие уравнения
5.1.2. Уравнения точечной кинетики подкритического реактора
5.1.3. Анализ кинетического поведения глубоко подкритического реактора
5.2. Применение в ЭЛЯУ метода многоточечной кинетики
5.3. Варианты модификации точечных уравнений кинетики ЭЛЯУ
5.4. Уравнения кинетики ЭЛЯУ без использования алгоритмов критических реакторов
5.5. Гибридный метод расчета кинетики реакторов, управляемых источником (метод HTPK)
5.6. Эффективность источника протонов в ЭЛЯУ
5.7. Другие подходы к расчету параметров ЭЛЯУ и конкретные примеры расчетов
5.8. Интенсивность бридинга топлива и трансмутации ПД в идеализированном быстром реакторе
5.9. Методы расчета ядерных реакций и переноса частиц в протонных мишенях
5.9.1. Каскад реакций в мишенях, возбуждаемый высокоэнергетическими протонами
5.9.2. Расчет в мишенях выхода частиц и энергии, нейтронных и температурных полей
5.10. Текущий (on-line) контроль реактивности ЭЛЯУ
5.10.1. Метод модулирования источника нейтронов
5.10.2. Другие методы контроля реактивности и их испытание в экспериментах MUSE-4
5.10.3. Исследование возможностей оптимизации изменений реактивности в действующих бланкетах
5.10.4. Перспективы использования в ЭЛЯУ шумовых методов калибровки реактивности
5.11. Динамика ЭЛЯУ с расплавленно-солевым топливом
5.12. Нейтронистика двухсекционных, в том числе каскадных, реакторов и бланкетов
5.12.1. Уравнения связанных реакторов в формулировке Эйвери [235]
5.12.2. Уравнения кинетики двухсекционных ИР
5.12.3. Аналитические решения
5.12.4. Параметрический анализ уравнений (100)
5.12.5. Расчет коэффициентов нейтронной связи cекций kjk
5.12.6. Новые формулировки уравнений кинетики связанных реакторных систем
Список литературы