Branduolinės energetikos ateitis brideriai, greitintuvo valdomi reaktoriai, kompaktiniai branduoliniai reaktoriai

Ištrauka

Branduolinės energetikos ateitis: brideriai (breeder reactor), greitintuvo valdomi reaktoriai (accelerator-driven system), kompaktiniai branduoliniai reaktoriai (mini-nuclear reactors)

Branduolinė energija kasdieniniame gyvenime jau yra naudojama daugiau nei penkiasdešimt
metų, tačiau ji vis dar nėra laikoma saugia dėl įvairių nutikusių katastrofų, iš kurių blogiausia
turbūt buvo Černobilio atominės elektrinės avarija Ukrainoje. Nepaisant susirūpinimo, dėl
atominių elektrinių saugumo, žmonėms reikia vis daugiau ir daugiau elektros energijos ir tą
poreikį reikia patenkinti. Žinoma turime labai atsižvengti į saugumą ir tam yra sudaryta daugybė
protokolų ir taisyklių dėl branduolinių prietaisų valdymo, priežiūros, branduolinių medžiagų
laikymo ir panašiai. Šiandien pakalbėsiu atsižvelgdama į porą iš šių aspektų, kurie yra labai
svarbūs, kai kalbame apie branduolinės energetikos ilgalaikį gyvavimą - ateitį. Visų pirma, tai
kaip elgtis su radioaktyviomis atliekomis ir antra, kaip užtikrinti, kad liktų pakankamai kuro atsargų.
Kai reaktorius yra iš naujo pripildomas degalų arba, ypač, kai jis yra uždaromas, lieka daugybė
radioaktyvių atliekų, kurios turi būti saugiai pašalinamos ir saugomos, iki kol jų aktyvumas
sumažėja iki saugaus lygio. Didžiąją dalį šių atliekų sudaro medžiagos, kurių vidutinė pusėjimo
trukmė yra kelios dešimtys metų. Norint, kad šių medžiagų aktyvumas sumažėtų iki saugaus
lygio, jas reikia saugoti kelis šimtus metų. Vis dėlto, yra atliekose yra ir tokių elementų, kurie
turi būti saugomi šimtus tūkstančių metų, kad jų aktyvumas pakankamai sumažėtų. Svarbiausi iš
tokių branduolių nėra susidarę skilimų metu, tai sunkesni už uraną branduoliai, kurie susidarė dėl
sėkmingo neutronų pagavimo, po kurio nesekė skilimas. Tokių branduolių pavyzdžiai: Pu(293),
Pu(242), Am(243). Tačiau, jei šie branduoliai ir toliau liktų reaktoriuje, jie pagautų dar neutronų,
galų gale skiltų ir skilimo produktai turėtų daug trumpesnius pusėjimo laikus. Toks yra vienas iš
pagrindinių greitintuvo valdomos sistemos arba kitaip hibridinio generatoriaus tikslų. Ši sistema
yra specialiai padaryta taip, kad suteiktų papildomos energijos, reikalingos sunaudoti didžiąjai
daliai ilgos gyvavimo trukmės radioaktyvoms atliekoms.
Branduolinės skilimo reakcijos rodo didžiulį potencialą ateities energijos gavybai. Tačiau, bene
vienintelis geriausiai tinkamas elementas šioms reakcijoms, tai U(235),kuris sudaro mažiau nei
vieną procentą naturalaus urano. Taigi, norint išnaudoti šį potencialą, reikia sukurti daugiau
skilaus kuro. Toks yra briderio tikslas. Šis reaktorius naudoja U(238) ir Th(232) ir paverčia šiuos
elementus į naujas, skilias medžiagas: Pu(239) ir U(233). Yra pastatyta įvairių šio reaktoriaus
formų, paremtų greitų reaktorių tipu, ir visi jie veikia pakankamai gerai. Vis dėlto, pastatyti
tokius reaktorius yra didesnis iššukis ir jie yra brangesni, nei paprasti branduoliniai reaktoriai.
Šiuo metu tokių reaktorių statyba yra pristabdyta, nes kolkas jie negali pagaminti reikiamo kiekio
kuro už konkurencingą kainą. Iš principo, greitintuvu valdomas reaktorius galėtų prisiimti ir šią
funkciją ir veikti ir kaip brideris, bet reikia dar daug patobulinimų, pastangų ir resursų, kad būtų
galimą tai išvystyti ir įrodyti šitokio reaktoriaus naudingumą. Dabar aptarsiu šiuos reaktorius
smulkiau.

BRIDERIAI
Visi reaktoriai gamina naują skilią medžiagą. Tačiau, kai kurie, daro tai naudodami daugiau
kuro, nei yra pagaminama naujų naudingų medžiagų. Tikras brideris pagamina daugiau naujo
kuro, nei jo sunaudoja. Tokio reaktoriaus aktyvumas yra matuojamas bridingo koeficientu B,
kuris yra apibūdinamas kaip naujų skilių atomų skaičius vienam sunaudotam egzistuojančio kuro
atomui. Jei B=1, tai kuras yra tiesiog pakeičiamas, jei B>1, kuro kiekis didėja, o jei B<1, vyksta
grynasis sumažėjimas.