РАПИД-Л - RAPID-L

В РАПИД-Л, РАПИД-ЛВ (L: лунная база, A: автоматический ， T: термоэлектрический) микроядерный реактор концепция задумана как электростанция для колоний на Луна и Марс. Он основан на серии RAPID (Заправка всеми штырями интегрированной конструкции) реактор-размножитель на быстрых нейтронах используя жидкость литий-6 дизайн. Исследование финансировалось Японский научно-исследовательский институт атомной энергии (JAERI) в 1999-2001 финансовом году. Исследование было проведено японской Центральный научно-исследовательский институт электроэнергетики (ЦНИИЭПИ), Исследовательская лаборатория Комаэ.[1]

История

В 1999 г. Министерство энергетики США (DOE) начал проект Инициативы по исследованиям ядерной энергии (NERI) (не путать с Международной инициативой по исследованиям в области ядерной энергии I-NERI с 2001 г.[2]). Его цель заключалась в привлечении инновационных общественных исследований. Речь шла о создании сверхбезопасных и сверхмалых реакторов. Вдохновлен СП-100, то Щелочно-металлический термоэлектрический преобразователь (AMTEC), Собственный JAERI высокотемпературный газоохлаждаемый реактор (HTGR) Высокотемпературный инженерный испытательный реактор с 1990 г. и проекты CRIEPI RAPID и RAPID-A с 1993 по 1995 гг., среди прочего, JAERI заказала исследование RAPID-L.

Первоначальное исследование искало сверхбезопасный и сверхмалый реактор на быстрых нейтронах РАПИД-Л.В предполагается для использования в База Луны или же База Марса Причиной предположения о наличии базы на Марсе или Луне была близость гравитаций обоих небесных тел на 1/3 и 1/6 от силы тяжести Земли.[3]Исследование проводилось по трехлетнему плану:

  • 1999: основная концепция; материалы исследования
  • 2000: эксперимент инновационных технологий и их возможности; Тесты Fast Critical Assembly (FCA)
  • 2001: Тесты LIM; анализ динамики растений

Соображения по дизайну

  • Естественная циркуляция считалась необходимой способностью для реактора. В качестве хладагента выбран литий-6, исходя из требований к температуре, а его температура кипения (1615 K = 1342 ° C) выше, чем у любого из них. Натрий (882 ° C) или Калий (757 ° С). Другая причина - генерация Гелий газ по реакции (п, α ), а также служит поглотителем нейтронов. Для этого требовалась способность удалять и извлекать гелий.[3]
  • Целью было сокращение и упрощение конструкции реактора для облегчения Осмотр в процессе эксплуатации (ISI). Было решено, что адаптация концепции дизайна RAPID решит все эти проблемы. Концепция RAPID также обеспечит время работы без дозаправки в течение 20 лет и более.[3]
  • В то время как запуск Космический шатл и H-2 были рассмотрены, которые устанавливали предел до 3,7 м в диаметре, 10 м или менее в длину и массу менее 10 тонны. Также учитывались силы тяжести Луны и Марса. Было определено, что для удовлетворения этих требований требуется удлиненная конструкция печи. Поскольку требования к сейсмостойкости более мягкие по сравнению с землей, меньше опасений было повреждение конструкции. Для реактора принята конструкция со свободным волновым фронтом. Далее предполагалось, что транспорт будет разделен на два катера.[3]
  • Предполагалось, что вес на Луне будет не более 670 кг, и с этим справятся простые краны. Ожидалось, что будет доступно тяжелое оборудование для рытья котлована размером 2 x 6 м.[3]

Общее описание

Конструкции RAPID и RAPID-L были разработаны Центральный научно-исследовательский институт электроэнергетики (CRIEPI) из Япония. Дизайн RAPID-L - это жидкометаллический реактор на быстрых нейтронах (LMFBR) концепция предназначена для предотвращения несчастных случаев из-за человеческих ошибок. Цель состояла в том, чтобы создать долговечное ядро, которое по своей сути было бы безопасным, поскольку не требовало обслуживания. Это были необходимые требования, поскольку реактор предназначался для использования на Луне.[1][3][4]

С этой целью было принято несколько новаторских идей.

  • Системы отопления с радиаторной панелью
  • Интегрированная топливная сборка (IFA) для быстрой и простой дозаправки
  • 10 лет эксплуатации без дозаправки
  • Инновационные системы регулирования реактивности без регулирующих стержней и др.

RAPID-L - это система термоэлектрического преобразования энергии, использующая нитрид урана (обогащение 40% и 50% соответственно) и жидкое топливо. литий-6 теплоноситель с тепловой энергией 5 МВт и электрической мощностью 200 кВт. Вход и выход лития рассчитаны на температуру от 1030 до 1100 ° C. Литий-6 также служит поглотителем нейтронов. Это первый реактор такого типа. Поскольку литий-6 не использовался в качестве материала, поглощающего нейтроны в обычных быстрых реакторах, измерения проводились на Fast Critical Assembly (FCA) Японского исследовательского института атомной энергии (JAERI). Активная зона FCA состояла из высокообогащенного урана и нержавеющей стали. стальные образцы, чтобы моделировать спектр активной зоны RAPID-L. Образцы были обогащены литием-6 на 95% и были вставлены в активную зону параллельно оси активной зоны для измерения реактивности в каждой позиции. Было обнаружено, что измеренная реактивность в области активной зоны согласуется с расчетами. Коэффициенты смещения для конструкции активной зоны были получены путем сравнения экспериментальных и расчетных результатов. [3][5][6]

В качестве варианта концепции быстрого реактора RAPID (Refueling by All Pins Integrated Design) его можно заправлять быстро и просто. Существенным для этой особенности является то, что активная зона реактора состоит из интегрированной топливной сборки (IFA) вместо обычной Fuel subassemblies.This маленькое ядро ​​имеет 2700 топливных элементов (контакты) в сочетании друг с другом посредством ИФА, состоящий из сердечника и опорной решеткой несколько дистанционирующих решеток, и собраны в топливный cartridge.This картридж может быть заменен как единое целое. Реактор может эксплуатироваться без дозаправки до 10 лет (80% номинальной мощности). Реактор не имеет управляющих стержней. Для достижения полностью автоматизированной работы реактор использует различные системы управления реактивностью: литиевый модуль расширения (LEM), литиевый модуль ввода (LIM) и литиевый модуль выпуска (LRM) .LEM служит для обратной связи по собственной реактивности, LIM служит для неотъемлемого окончательного останова, а LRM служит для автоматического запуска реактора. Эти пассивные системы помогают смягчить последствия истощения топлива, обеспечивая длительный срок службы топлива. Коэффициенты смещения использовались для определения количества LEM и LIM, необходимых в активной зоне для достижения полностью автоматизированной работы.[3][6][7]

Реактор имеет в основном конфигурацию петлевого типа и контейнер реактора диаметром 2 м, глубиной 6,5 м и массой около 7,6 м. тонны.Эт БЫСТРАЯ концепция не имеет ни diagrid, ни основная опорную конструкцию, так как они интегрированы в топливном cartridge.The простого контейнера реактора бы самый важный инспекционной Service (ISI) проще. При каждой перегрузке можно проводить ISI. Реактор спроектирован для установки ниже уровня земли, чтобы земля обеспечивала необходимую защиту. Отдельные электромагнитные насосы и топливный картридж соединены соединительными трубками. Подсистема реактора характеризуется концепцией быстрой перегрузки топлива для устранения традиционных систем обращения с топливом. Это дает существенную экономию массы реакторного блока - 60% по сравнению с сопоставимыми системами быстрых реакторов с жидкометаллическим охлаждением.[3][6]

Управление реактором

Компенсация выгорания достигается автоматически LEM, достигая 80% номинальной мощности в конце срока службы топливного картриджа. ЛЭМ представляет собой устройство, подобное термометру, которое приводится в действие расширение объема Ли6. Этот «жидкостный регулирующий стержень» может поддерживать мощность реактора практически постоянной в течение всего проектного срока службы. Возможна работа с частичной нагрузкой за счет регулирования расхода теплоносителя первого контура. Мощность реактора будет пропорциональна расходу теплоносителя первого контура из-за обратной связи по реактивности LEM. LRM состоит из конверта, разделенного замороженной печатью на две камеры. Нижняя камера в активной зоне содержит 95% литий-ионный аккумулятор.6 резервуар, а в верхней камере создается вакуум перед запуском реактора. Запуск реактора может быть выполнен автоматически, если температура теплоносителя первого контура достигает своей температуры ожидания. Нагрев теплоносителя достигается за счет тепловыделения от циркуляции первичного насоса. Затем замороженная пломба LRM расплавится при температуре горячего резерва (примерно 780 ° C), и Li6 медленно сбрасывается с нижнего уровня (активный уровень активной зоны) на верхний уровень для достижения положительного увеличения реактивности. Для завершения запуска потребуется 7 (11) часов. LIM обеспечивают достаточную отрицательную обратную связь по реактивности при незащищенных переходных процессах. LRM обеспечивают автоматический запуск реактора, определяя температуру горячего резерва теплоносителя первого контура. Все эти системы используют Li6 и обусловлены высоконадежными физическими свойствами (объемное расширение Li6 для LEM и плавление замороженной печати для LIM и LRM). Конфигурация с быстрыми LEM требует 3+ (1) LEM меньшего размера, чем конфигурация с медленными LEM, требующими 24 LEM. RAPID-L оснащен 28 LEM, 16 LIM и 16 LRM в концепции конструкции. Два из 16 LRM являются резервными или фиктивными. Это очень избыточная система. Отказ некоторых из этих устройств приведет лишь к небольшому отклонению температуры охлаждающей жидкости. В случае выхода из строя большинства ЛЭМ компенсация выгорания ЛЭМ может оказаться невозможной, и реактор отключится.[1][3][6]

Установка и запуск реактора

Реактор может быть запущен H-2 ракета-носитель для Низкая околоземная орбита (НОО) перед полетом на Луну, после чего он будет установлен в вырытой цилиндрической яме диаметром 2 м и глубиной 6 м. Четыре сегмента термоэлектрического преобразования энергии и восемь радиаторных панелей размещены вокруг реактора.[1]

Противоречие Toshiba

Toshiba Часто упоминалось, что он участвовал в исследованиях и разработках RAPID-L, однако это не могло быть подтверждено ни в одной из японских документов, ни в современной науке, ни в новостях прессы. Исследовательский институт Mitsubishi ， Inc. была единственной компанией, включенной в листинг.[1][4][6][8][9]Заблуждение, казалось, появилось, когда Toshiba 4S находился на предварительном рассмотрении в США. Комиссия по ядерному регулированию в 2007 году. Впервые это могло быть распространено в блогах, но в конечном итоге нашло свое отражение в серьезных публикациях и статьях.[10][11]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е Концепция сверхбезопасного быстрого реактора RAPID-L без оператора Центральный научно-исследовательский институт электроэнергетики, 2002 г.
  2. ^ Международная инициатива по исследованиям в области ядерной энергии: годовой отчет за 2011 год Международная инициатива по исследованиям в области ядерной энергии, 2012 г.
  3. ^ а б c d е ж грамм час я j Концептуальный проект сверхбезопасного малого реактора RAPID-L и программа содействия ядерным исследованиям R и D. JAERI, H11-002 Мицуру Камбе, Хирокадзу Цунода, Кайчиро Мисима, Акира Кавасаки, Такамичи Ивамура, Международная система ядерной информации INIS Vol. 37 Выпуск 01, март, 2003
  4. ^ а б Высокоавтоматизированный реактор на быстрых нейтронах РАПИД-Л без регулирующих стержней, 2; Критический эксперимент с литием-6, используемым в LEM и LIM Хирокадзу Цунода, Осаму Сато, Агентство по атомной энергии Японии, 1 июля 2002 г.
  5. ^ RAPID-L Высокоавтоматизированный реактор на быстрых нейтронах без регулирующих стержней (1) Концепция реактора и анализ динамики установки Мицуру Камбэ, Конференция Американского ядерного общества, 1 июля 2002 г.
  6. ^ а б c d е Критический эксперимент и анализы для исследования концептуального проекта быстрого реактора, оборудованного системами контроля реактивности Li-6 LEM и LIM Сигэаки Окадзима, Цуёси Ямане Сусуму Иидзима, Хирокадзу Цунода, Осаму Сато, Мицуру Камбэ, Японский научно-исследовательский институт атомной энергии, 7–10 октября 2002 г.
  7. ^ Концепция высокоавтоматизированного реактора на быстрых нейтронах RAPID-L без управляющих стержней (2) Критический эксперимент с литием-6, используемым в LEM и LIM Хирокадзу Цунода, Осаму Сато, Конференция Американского ядерного общества, 1 июля 2002 г.
  8. ^ Мини-ядерный реактор может питать жилые дома Питер Хэдфилд, Майкл Фицпатрик, New Scientist, 22 августа 2001 г.
  9. ^ Предложения мини-АЭС BBC, 22 августа 2001 г.
  10. ^ Малые ядерные энергетические реакторы В архиве 2014-05-14 в Wayback Machine Ян Хор-Лейси, Энциклопедия Земли 4 сентября 2006 г., Энергетическая библиотека, 4 сентября 2006 г.
  11. ^ Реактор Rapid-L, разработанный японским CRIEPI для JAERI, привлекает много внимания в блогах. Род Адамс, 22 декабря 2007 г.

внешняя ссылка

  • [1] Центральный научно-исследовательский институт электроэнергетики
  • [2] Исследовательская организация по информационным наукам и технологиям (RiST)