Thorium-Brennstoffkreislauf: Kernreaktoren ohne Uranbrennstoff bauen

Von Fouad Sabry

Was ist der Thorium-Brennstoffkreislauf

Das fruchtbare Material im Thorium-Brennstoffkreislauf ist ein Thorium-Isotop namens 232Th, und der Thorium-Brennstoffkreislauf selbst ist eine Art Kernbrennstoff Kreislauf. Innerhalb des Reaktors wird 232Th in das spaltbare künstliche Uranisotop 233U umgewandelt, das dann als Brennstoff für den Kernreaktor verwendet wird. Natürliches Thorium enthält im Gegensatz zu natürlichem Uran nur geringe Mengen an spaltbarem Material, was nicht ausreicht, um eine nukleare Kettenreaktion auszulösen. Um den Brennstoffkreislauf anzukurbeln, ist entweder mehr spaltbares Material oder eine andere Neutronenquelle erforderlich. 233U entsteht, wenn 232Th, das von Thorium angetrieben wird, Neutronen in einem Reaktor absorbiert. Dies ist analog zu dem Prozess, der in Uranbrüterreaktoren abläuft, in denen fruchtbares 238U einer Neutronenabsorption unterzogen wird, um spaltbares 239Pu zu erzeugen. Das produzierte 233U wird entweder in situ gespalten oder chemisch aus dem alten Kernbrennstoff entfernt und in neuen Kernbrennstoff umgewandelt, abhängig von der Architektur des Reaktors und dem Brennstoffkreislauf. In-situ-Spaltung ist die effizientere Methode.

Wie Sie davon profitieren

(I) Einblicke und Validierungen zu den folgenden Themen:

Kapitel 1: Thorium-Brennstoffkreislauf

Kapitel 2: Kernreaktor

Kapitel 3: Radioaktiver Abfall

Kapitel 4: Spaltbares Material

Kapitel 5: Kernbrennstoffkreislauf

Kapitel 6: MOX-Brennstoff

Kapitel 7: Brutreaktor

Kapitel 8: Uran-238

Kapitel 9: Energieverstärker

Kapitel 10: Unterkritischer Reaktor

Kapitel 11: Integraler schneller Reaktor

Kapitel 12: Fruchtbares Material

Kapitel 13: Uran-233

Kapitel 14: Plutonium-239

Kapitel 15: Isotope von Uran

Kapitel 16: Isotope von Plutonium

Kapitel 17: Nuklearmaterial in Waffenqualität

Kapitel 18: Uran-236

Kapitel 19: Abbrand

Kapitel 20: Flüssigfluorid-Thorium-Reaktor

Kapitel 21: Nukleare Transmutation

(II) Beantwortung der häufigsten öffentlichen Fragen zum Thorium-Brennstoffkreislauf.

(III) Praxisbeispiel Dateien für die Verwendung des Thorium-Brennstoffkreislaufs in vielen Bereichen.

(IV) 17 Anhänge, um kurz 266 neue Technologien in jeder Branche zu erläutern, um ein umfassendes 360-Grad-Verständnis der Technologien des Thorium-Brennstoffkreislaufs zu erhalten.

An wen richtet sich dieses Buch?

Profis, Studenten und Doktoranden, Enthusiasten, Bastler und diejenigen, die über grundlegendes Wissen oder Informationen jeglicher Art hinausgehen möchten des Thorium-Brennstoffkreislaufs.

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Eine Milliarde Sachkundig [German]
• Erscheinungsdatum: 18. Okt. 2022

Buchvorschau

Urheberrecht

Thorium Brennstoffkreislauf Copyright © 2022 von Fouad Sabry. Alle Rechte vorbehalten.

Alle Rechte vorbehalten. Kein Teil dieses Buches darf in irgendeiner Form oder mit elektronischen oder mechanischen Mitteln, einschließlich Informationsspeicher- und -abrufsystemen, ohne schriftliche Genehmigung des Autors reproduziert werden. Die einzige Ausnahme ist ein Rezensent, der kurze Auszüge in einer Rezension zitieren kann.

Cover entworfen von Fouad Sabry.

Dieses Buch ist ein Werk der Fiktion. Namen, Charaktere, Orte und Ereignisse sind entweder Produkte der Phantasie des Autors oder werden fiktiv verwendet. Jede Ähnlichkeit mit realen Personen, lebenden oder toten, Ereignissen oder Schauplätzen ist völlig zufällig.

Bonus

Sie können eine E-Mail an [e-mail] mit dem Betreff Thorium Fuel Cycle: Building nuclear reactors without uranium fuel senden und erhalten eine E-Mail mit den ersten Kapiteln dieses Buches.

Fouad Sabry

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Vorwort

Warum habe ich dieses Buch geschrieben?

Die Geschichte des Schreibens dieses Buches begann 1989, als ich Schüler der Secondary School of Advanced Students war.

Es ist bemerkenswert wie die STEM-Schulen (Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen und Mathematik), die jetzt in vielen fortgeschrittenen Ländern verfügbar sind.

STEM ist ein Lehrplan, der auf der Idee basiert, Schüler in vier spezifischen Disziplinen - Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen und Mathematik - in einem interdisziplinären und angewandten Ansatz auszubilden. Dieser Begriff wird typischerweise verwendet, um eine Bildungspolitik oder eine Lehrplanwahl in Schulen anzusprechen. Es hat Auswirkungen auf die Entwicklung der Arbeitskräfte, nationale Sicherheitsbedenken und die Einwanderungspolitik.

Es gab eine wöchentliche Klasse in der Bibliothek, in der jeder Schüler jedes Buch frei wählen und 1 Stunde lang lesen kann. Ziel des Kurses ist es, die Schüler zu ermutigen, andere Fächer als den Lehrplan zu lesen.

In der Bibliothek, während ich mir die Bücher in den Regalen ansah, bemerkte ich riesige Bücher, insgesamt 5.000 Seiten in 5 Teilen. Der Buchname ist The Encyclopedia of Technology, der alles um uns herum beschreibt, vomabsoluten Nullpunkt bis zu Halbleitern, fast jede Technologie wurde damals mit bunten Illustrationen und einfachen Worten erklärt. Ich fing an, die Enzyklopädie zu lesen, und natürlich konnte ich sie nicht in der 1-stündigen wöchentlichen Klasse beenden.

Also überzeugte ich meinen Vater, die Enzyklopädie zu kaufen. Mein Vater kaufte am Anfang meines Lebens alle technischen Werkzeuge für mich, den ersten Computer und die erste Technologie-Enzyklopädie, und beide haben einen großen Einfluss auf mich und meine Karriere.

Ich habe die gesamte Enzyklopädie in den Sommerferien dieses Jahres fertiggestellt, und dann begann ich zu sehen, wie das Universum funktioniert und wie man dieses Wissen auf alltägliche Probleme anwendet.

Meine Leidenschaft für die Technologie begann vor mehr als 30 Jahren und immer noch geht die Reise weiter.

Dieses Buch ist Teil von The Encyclopedia of Emerging Technologies, was mein Versuch ist, den Lesern die gleiche erstaunliche Erfahrung zu geben, die ich in der High School hatte, aber anstelle von Technologien des 20. Jahrhunderts  interessiere ich mich mehr für die aufkommenden Technologien, Anwendungen und Branchenlösungen des 21. Jahrhunderts.

The Encyclopedia of Emerging Technologies wird aus 365 Büchern bestehen, jedes Buch wird sich auf eine einzelne aufkommende Technologie konzentrieren. Sie können die Liste der neuen Technologien und ihre Kategorisierung nach Branchen im Teil von Coming Soon am Ende des Buches lesen.

365 Bücher, um den Lesern die Möglichkeit zu geben, ihr Wissen über eine einzige aufstrebende Technologie jeden Tag im Laufe eines Jahres zu erweitern.

Einleitung

Wie habe ich dieses Buch geschrieben?

In jedem Buch von The Encyclopedia of Emerging Technologies versuche ich, sofortige, rohe Sucheinblicke direkt aus den Köpfen der Menschen zu erhalten und ihre Fragen über die aufkommende Technologie zu beantworten.

Es gibt jeden Tag 3 Milliarden Google-Suchanfragen, von denen 20% noch nie zuvor gesehen wurden. Sie sind wie ein direkter Draht zu den Gedanken der Menschen.

Manchmal ist das Wie entferne ich Papierstaus. In anderen Fällen sind es die schmerzhaften Ängste und geheimen Sehnsüchte, die sie immer nur mit Google teilen würden.

In meinem Bestreben, eine unerschlossene Goldgrube an Inhaltsideen über Thorium Fuel Cycle zu entdecken, benutze ich viele Tools, um Autocomplete-Daten von Suchmaschinen wie Google zu hören, und kurbele dann schnell jede nützliche Phrase und Frage heraus, die die Leute um das Schlüsselwort Thorium Fuel Cycle stellen.

Es ist eine Goldgrube an Menscheneinblicken, die ich nutzen kann, um frische, äußerst nützliche Inhalte, Produkte und Dienstleistungen zu erstellen. Die freundlichen Menschen, wie Sie, wollen es wirklich.

Personensuchen sind der wichtigste Datensatz, der jemals über die menschliche Psyche gesammelt wurde. Daher ist dieses Buch ein Live-Produkt und wird ständig durch immer mehr Antworten auf neue Fragen zum Thema Thorium Fuel Cycle aktualisiert, die von Menschen wie Ihnen und mir gestellt werden, die sich über diese neue aufkommende Technologie wundern und mehr darüber erfahren möchten.

Der Ansatz beim Schreiben dieses Buches besteht darin, ein tieferes Verständnis dafür zu erlangen, wie Menschen rund um den Thorium-Brennstoffkreislauf suchen, Fragen und Fragen aufzudecken, die ich nicht unbedingt aus dem Kopf heraus denken würde, und diese Fragen in super einfachen und verdaulichen Worten zu beantworten und das Buch auf einfache Weise zu navigieren.

Wenn es darum geht, dieses Buch zu schreiben, habe ich darauf geachtet, dass es so optimiert und zielgerichtet wie möglich ist. Dieser Buchzweck ist es, den Menschen zu helfen, ihr Wissen über Thorium Fuel Cycle weiter zu verstehen und zu erweitern. Ich versuche, die Fragen der Menschen so genau wie möglich zu beantworten und viel mehr zu zeigen.

Es ist eine fantastische und schöne Möglichkeit, Fragen und Probleme der Menschen zu erforschen und sie direkt zu beantworten und dem Inhalt des Buches Einsicht, Bestätigung und Kreativität hinzuzufügen - sogar Pitches und Vorschläge. Das Buch deckt reiche, weniger überfüllte und manchmal überraschende Forschungsbereiche auf, die ich sonst nicht erreichen würde. Es besteht kein Zweifel, dass erwartet wird, dass es das Wissen der potenziellen Leser erweitert, nachdem das Buch mit diesem Ansatz gelesen wurde.

Ich habe einen einzigartigen Ansatz angewendet, um den Inhalt dieses Buches immer frisch zu machen. Dieser Ansatz hängt davon ab, den Köpfen der Menschen zuzuhören, indem die Suchwerkzeuge verwendet werden. Dieser Ansatz hat mir geholfen:

Treffen Sie die Leser genau dort, wo sie sind, damit ich relevante Inhalte erstellen kann, die einen Nerv treffen und mehr Verständnis für das Thema schaffen.

Bleiben Sie am Puls der Zeit, damit ich Updates erhalten kann, wenn die Leute auf neue Weise über diese aufkommende Technologie sprechen, und Trends im Laufe der Zeit überwachen kann.

Entdecken Sie verborgene Schätze von Fragen, die Antworten auf die aufkommende Technologie benötigen, um unerwartete Einblicke und versteckte Nischen zu entdecken, die die Relevanz des Inhalts erhöhen und ihm einen entscheidenden Vorteil verschaffen.

Der Baustein für das Schreiben dieses Buches umfasst Folgendes:

(1) Ich habe aufgehört, die Zeit mit Bauchgefühl und Vermutungen über die von den Lesern gewünschten Inhalte zu verschwenden, den Buchinhalt mit dem gefüllt, was die Leute brauchen, und mich von den endlosen Inhaltsideen verabschiedet, die auf Spekulationen basieren.

(2) Ich habe solide Entscheidungen getroffen und bin weniger Risiken eingegangen, um in der ersten Reihe zu sehen, was die Leute lesen und wissen wollen - in Echtzeit - und Suchdaten zu verwenden, um mutige Entscheidungen darüber zu treffen, welche Themen aufgenommen und welche ausgeschlossen werden sollen.

(3) Ich habe meine Content-Produktion optimiert, um Content-Ideen zu identifizieren, ohne einzelne Meinungen manuell durchsuchen zu müssen, um Tage und sogar Wochen Zeit zu sparen.

Es ist wunderbar, den Menschen zu helfen, ihr Wissen auf einfache Weise zu erweitern, indem sie nur ihre Fragen beantworten.

Ich denke, der Ansatz, dieses Buch zu schreiben, ist einzigartig, da es die wichtigen Fragen sammelt und verfolgt, die von den Lesern in Suchmaschinen gestellt werden.

Bestätigungen

Ein Buch zu schreiben ist schwieriger als ich dachte und lohnender, als ich es mir jemals hätte vorstellen können. Nichts davon wäre ohne die Arbeit renommierter Forscher möglich gewesen, und ich möchte ihre Bemühungen würdigen, das Wissen der Öffentlichkeit über diese neue Technologie zu verbessern.

Widmung

Für die Erleuchteten, diejenigen, die die Dinge anders sehen und wollen, dass die Welt besser wird - sie mögen den Status quo oder den bestehenden Staat nicht. Du kannst ihnen zu sehr widersprechen, und du kannst noch mehr mit ihnen streiten, aber du kannst sie nicht ignorieren, und du darfst sie nicht unterschätzen, weil sie immer Dinge verändern ... Sie treiben die menschliche Rasse voran, und während einige sie als die Verrückten oder Amateure betrachten, sehen andere Genie und Innovatoren, weil diejenigen, die erleuchtet genug sind, um zu denken, dass sie die Welt verändern können, diejenigen sind, die es tun und die Menschen zur Aufklärung führen.

Epigraph

Das fruchtbare Material im Thorium-Brennstoffkreislauf ist ein Thorium-Isotop namens 232Th, und der Thorium-Brennstoffkreislauf selbst ist eine Art Kernbrennstoffkreislauf. Innerhalb des Reaktors wird 232Th in das spaltbare künstliche Uranisotop 233U umgewandelt, das dann als Brennstoff für den Kernreaktor verwendet wird. Natürliches Thorium enthält im Gegensatz zu Natururan nur winzige Mengen spaltbaren Materials, das nicht ausreicht, um eine nukleare Kettenreaktion auszulösen. Um den Brennstoffkreislauf in Gang zu setzen, wird entweder mehr spaltbares Material oder eine andere Neutronenquelle benötigt. 233U entsteht, wenn 232Th, das mit Thorium betrieben wird, Neutronen in einem Reaktor absorbiert. Dies ist analog zu dem Prozess in Uranbrüterreaktoren, bei dem fruchtbares 238U einer Neutronenabsorption unterzogen wird, um spaltbares 239Pu zu erzeugen. Das erzeugte 233U spaltet entweder in situ oder wird chemisch aus dem alten Kernbrennstoff entfernt und in neuen Kernbrennstoff umgewandelt, abhängig von der Architektur des Reaktors und dem Brennstoffkreislauf. Die Spaltung in situ ist die effizientere Methode.

Inhaltsverzeichnis

Urheberrecht

Bonus

Vorwort

Einleitung

Bestätigungen

Widmung

Epigraph

Inhaltsverzeichnis

Kapitel 1: Bleigekühlter schneller Reaktor

Kapitel 2: Kernreaktor

Kapitel 3: Radioaktive Abfälle

Kapitel 4: Spaltbares Material

Kapitel 5: Kernbrennstoffkreislauf

Kapitel 6: MOX-Brennstoff

Kapitel 7: Brutreaktor

Kapitel 8: Uran-238

Kapitel 9: Energieverstärker

Kapitel 10: Subkritischer Reaktor

Kapitel 5: Integraler schneller Reaktor

Kapitel 12: Plutoniumisotope

Kapitel 13: Uran-233

Kapitel 14: Isotope von Uran

Kapitel 15: Isotope des Plutoniums

Kapitel 16: Isotope von Americium

Kapitel 17: Waffenfähiges Kernmaterial

Kapitel 18: Uran-236

Kapitel 19: Burnup

Kapitel 20: Flüssigfluorid-Thoriumreaktor

Kapitel 21: Nukleare Transmutation

Epilog

Über den Autor

Demnächst

Anhänge: Neue Technologien in jeder Branche

Kapitel 1: Bleigekühlter schneller Reaktor

Geschmolzenes Blei oder ein Blei-Wismut-Eutektikum kann als Kühlmittel im bleigekühlten schnellen Reaktor verwendet werden, der eine Art Kernreaktor ist, der schnelle Neutronen erzeugt und ein bleigekühltes Design verwendet.

Es ist möglich, geschmolzenes Blei oder ein Eutektikum aus Blei und Wismut als Hauptkühlmittel zu verwenden, da insbesondere Blei, sowohl Antimon als auch Wismut, in geringerem Maße, eine geringe Neutronenabsorption und entsprechend niedrige Schmelztemperaturen aufweisen.

Neutronen haben aufgrund ihrer Wechselwirkungen mit schweren Kernen eine weniger verlangsamende Wirkung, was bedeutet, dass schwere Kerne keine Neutronenmoderatoren sind.

Beitrag zur Entwicklung eines solchen schnellen Neutronenreaktors.

Um es anders auszudrücken: Wann immer ein Neutron mit einem anderen Teilchen einer vergleichbaren Masse kollidiert (z. B. Wasserstoff in einem Druckwasserreaktor PWR), neigt es dazu, einen Teil seiner kinetischen Energie zu verlieren.

Wenn es dagegen mit einem wesentlich schwereren Atom wie Blei kollidiert, wird es zerstört.

Diese Energie geht nicht verloren, da das Neutron einfach abprallt.

Das liegt am Kühlmittel.

Führen Sie jedoch die Funktion eines Neutronenreflektors aus und bringen Sie einige der Neutronen, die entwichen sind, zurück in den Kern.

Fruchtbares Uran als Metall ist eines der Brennstoffkonzepte, die für den Einsatz in dieser Reaktorarchitektur in Betracht gezogen werden.

Metalloxid oder Metallnitrid.

Natürliche Konvektion ist eine effektive Methode zur Kühlung bleigekühlter schneller Reaktoren mit einer kleineren Kapazität, wie SSTAR.

Obwohl größere Systeme, wie ELSY, eine Zwangszirkulation im typischen Strombetrieb verwenden, verwenden kleinere Designs eine natürliche Zirkulation.

Im Notfall setzen wir jedoch auf die natürliche Zirkulation zurück.

Es ist weder ein Eingreifen des Bedieners noch eine Form des Pumpens erforderlich, um die Wärme zu lindern, die nach dem Abschalten noch im Reaktor vorhanden war.

Die Kühlmitteltemperatur des Reaktoraustritts liegt typischerweise im Bereich von 500 bis 600 °C, möglicherweise über 800 °C mit fortschrittlichen Materialien für spätere Designs.

Temperaturen über 800 °C sind theoretisch hoch genug, um die thermochemische Produktion von Wasserstoff durch den Schwefel-Jod-Kreislauf zu unterstützen, obwohl es keine Beweise dafür gibt.

Das Prinzip ist dem eines natriumgekühlten schnellen Reaktors sehr ähnlich, und die meisten schnellen Flüssigmetallreaktoren haben Natrium anstelle von Blei als Kühlmedium verwendet. Es wurden nicht viele bleigekühlte Reaktoren gebaut, mit Ausnahme einiger Atom-U-Boot-Reaktoren, die in den 1970er Jahren von der Sowjetunion gebaut wurden, aber es gibt einige bleigekühlte Designs, die für zukünftige Kernreaktoren in Betracht gezogen werden.

Die Konstruktion eines bleigekühlten Reaktors wurde als Kandidat für einen Reaktor der Generation IV vorgeschlagen. Modulare Konfigurationen mit Leistungen zwischen 300 und 400 MWe und eine große monolithische Anlage mit einer Leistung von 1.200 MWe sind Teil der zukünftigen Einsatzstrategien für diese Art von Reaktor.

Es gibt eine Vielzahl von Nennleistungen, die mit der Verwendung von Blei oder Blei-Wismut-Eutektika in Kernreaktoren erreicht werden können. In den sechziger und siebziger Jahren betrieb die Sowjetunion erfolgreich die U-Boote der Alfa-Klasse mit einem blei-Wismut-gekühlten Schnellreaktor. Dieser Reaktor hatte rund 30 MW mechanische Leistung und 155 MW thermische Leistung (siehe unten).

Einheiten mit langlebigen, vorgefertigten Kernen sind eine weitere Alternative. Diese Kerne müssen nicht für viele Jahre betankt werden und müssen nicht ersetzt werden.

Die bleigekühlten schnellen Reaktorbatterien sind ein kompaktes Kraftwerk, das schlüsselfertig arbeitet und Kassettenkerne oder komplett austauschbare Reaktormodule verwendet. Es arbeitet in einem geschlossenen Brennstoffkreislauf und hat ein Betankungsintervall von 15 bis 20 Jahren. Es ist für die Verwendung bei der Erzeugung von elektrischer Energie in lokalen Netzwerken (und anderen Ressourcen, einschließlich Wasserstoff und Trinkwasser) vorgesehen.

Im Vergleich zu alternativen Strategien zur Kühlung eines Reaktors bietet die Verwendung von Blei als Kühlmittel eine Reihe von Vorteilen.

Neutronen werden durch geschmolzenes Blei nicht stark moderiert. Neutronen geraten in einen Zustand der Mäßigung, wenn ihre Geschwindigkeit infolge mehrerer Kollisionen mit einem Medium reduziert wird. Wenn ein Neutron mit Atomen kollidiert, die viel schwerer sind als es selbst, wird durch die Kollision nur sehr wenig Energie verschwendet. Aus diesem Grund hat Blei nicht den Effekt, die Neutronen zu verlangsamen, was garantiert, dass die Neutronen ihre hohe Energie beibehalten. Dies ist vergleichbar mit anderen Vorschlägen für schnelle Reaktoren, wie z. B. den Designs, die geschmolzenes flüssiges Natrium enthalten.

Neutronen werden von Blei reflektiert, das in seinen flüssigen Zustand eingeschmolzen wurde. Die Neutronen, die aus dem Kern des Reaktors entweichen können, werden bis zu einem gewissen Grad in den Kern zurückgeleitet, was eine effizientere Nutzung der Neutronen ermöglicht. Dies wiederum ermöglicht es, den Abstand zwischen den Brennstoffkomponenten im Reaktor zu vergrößern, was die Fähigkeit des Bleikühlmittels, Wärme abzuführen, verbessert.

Neutronen scheinen nicht in der Lage zu sein, Blei sehr stark zu aktivieren.

Daher wird eine vernachlässigbare Menge radioaktiver Elemente als Folge der Fähigkeit von Blei, Neutronen zu absorbieren, produziert.

Im Gegensatz zu dem Blei-Wismut-Eutektikum, das bei der Entwicklung mehrerer anderer schneller Designs verwendet wurde, ist dieses

enthalten in den U-Booten der russischen Marine.

Da Wismut in dieser Zusammensetzung einen niedrigeren Schmelzpunkt als die anderen Elemente hat, 123,5 °C, als der von reinem Blei) wird bis zu einem gewissen Grad auf 210 Po, Polonium-210, aktiviert, wodurch Alphateilchen in die Luft freigesetzt werden.

Blei ist ein besonders effizientes Material zur Absorption von Gammastrahlen und anderen Formen ionisierender Strahlung, obwohl es die Absorption von Neutronen fast vollständig blockiert. Dadurch werden die Strahlungsfelder außerhalb des Reaktors auf ein extrem niedriges Niveau reduziert.

Obwohl die Verbrennung von Natrium in der Luft eine milde Reaktion ist, nicht zu verwechseln mit der heftigen Reaktion zwischen Natrium und Wasser, hat Blei keine Probleme mit der Entflammbarkeit und wird im Falle eines Lecks erstarren. Dies steht im Gegensatz zu geschmolzenem Natriummetall, einem weiteren relativ beliebten Kühlmittel, das in schnellen Reaktoren verwendet wird.

Der sehr weite Temperaturbereich, in dem Blei flüssig bleibt (mehr als 1400 K oder °C), bedeutet, dass alle thermischen Abweichungen ohne Druckanstieg absorbiert werden.

In der Praxis wird die Betriebstemperatur bei etwa 500 ° C (932 ° F) - 550 ° C (1.022 ° F) gehalten, hauptsächlich aufgrund anderer Materialeigenschaften.

Aufgrund der hohen Temperatur und der hohen thermischen Trägheit ist es möglich, passive Kühlung in einem Notfall mit jedem schnellen Reaktordesign einzusetzen. Dies ist bei allen schnellen Reaktorkonstruktionen der Fall. Daher ist kein elektrisches Pumpen erforderlich, da die natürliche Konvektion der Luft ausreicht, um die verbleibende Wärme nach dem Abschalten des Systems abzuführen. Um dies zu erreichen, verfügen Reaktorkonstruktionen über spezielle passive Wärmeabfuhrsysteme, die keine elektrische Energie erfordern und keine Aktivität des Bedieners erfordern.

Jedes einzelne Design von schnellen Reaktoren arbeitet bei Temperaturen im Kern, die viel höher sind als die von wassergekühlten (und moderierten) Reaktoren. Dadurch können die Dampferzeuger mit einem wesentlich höheren thermodynamischen Wirkungsgrad arbeiten. Dadurch wird ein größerer Teil der Kernenergie in elektrische Energie umgewandelt. Anstatt in wassergekühlten Reaktoren nur einen Wirkungsgrad von etwa 30 Prozent zu erreichen, ist es möglich, in der Praxis einen Wirkungsgrad von über 40 Prozent zu erreichen.

In ähnlicher Weise ist die Druckbeaufschlagung des Kühlmittels in keinem Schnellspektrumreaktor vorhanden. Dies bedeutet, dass kein Druckbehälter erforderlich ist und die Rohre und Kanäle aus Stahl und Legierungen hergestellt werden können, die nicht druckfest sind. Auftretende Leckagen im Hauptkühlmittelkreislauf werden auch bei sehr hohen Drücken nicht ausgestoßen.

Da die Wärmeleitfähigkeit von Blei viel höher ist als die von Wasser (0,58 W/m.K), ist es dank der hohen Wärmeleitfähigkeit von Blei möglich, Wärme von den Brennstoffkomponenten effizient auf das Kühlmittel zu übertragen.

Nach einer längeren Betriebszeit kann der gesamte Kern ausgetauscht werden, anstatt betankt zu werden. Ein solcher Reaktor ist eine Option für Nationen, die nicht beabsichtigen, in naher Zukunft eigene Atomanlagen zu bauen.

Aufgrund seiner nuklearen Eigenschaften ist Blei in der Lage, zu vermeiden, dass große natriumschnelle Reaktorkerne einen positiven Vakanzkoeffizienten haben, was bekanntermaßen schwierig ist.

Im Gegensatz zu Natrium, das sich an der Luft schnell entzündet und bei Kontakt mit Wasser detonieren kann, reagiert Blei weder mit Luft noch mit Wasser nennenswert. Dies macht das Design des Containments einfacher, kostengünstiger und sicherer, ebenso wie Wärmetauscher und Dampferzeuger.

Die hohe Dichte von Blei und Blei-Wismut trägt zu einer Erhöhung des Gesamtgewichts des Systems bei, was wiederum eine zusätzliche strukturelle Unterstützung und möglicherweise einen seismischen Schutz erfordert. Dies führt zu einer Erhöhung der Baukosten, obwohl eine kompaktere Struktur von Vorteil sein kann.

Während Blei leicht verfügbar und kostengünstig ist, ist Wismut nicht sehr verbreitet und kann ziemlich teuer sein. Je nach Größe des Reaktors werden Hunderte Tonnen Blei-Wismut benötigt, damit er richtig funktioniert.

Für den Fall, dass die Blei-Wismut-Lösung erstarren würde, würde der Reaktor unbrauchbar werden.

Blei-Wismut-Eutektikum hat jedoch eine vergleichsweise niedrige Schmelztemperatur von 123,5 ° C (254,3 ° F), was den Schmelzprozess zu einem ziemlich einfachen Verfahren macht.

Blei hat einen höheren Schmelzpunkt von 327,5 ° C, wird jedoch oft als Poolreaktor verwendet, der verhindert, dass die große Mehrheit des Bleis schnell gefriert.

Wenn keine Bemühungen zur Begrenzung solcher Lecks unternommen werden, kann das Kühlmittel Geräte (wie das sowjetische U-Boot K-64) durch Auslaufen und anschließendes Aushärten zerstören. Ein Beispiel finden Sie unter Sowjetisches U-Boot K-64.

Die Neutronenaktivierung von Wismut führt zur Produktion einer signifikanten Menge Polonium in Blei-Wismut-Reaktionen. Dieses radioaktive Element hat eine Halbwertszeit von 138 Tagen und löst sich im Blei-Wismut. Es ist ein Alpha-Strahler. Aus diesem Grund kann die Wartung der Anlage schwieriger werden und es kann ein erhöhtes Kontaminationsrisiko bestehen. Das freigesetzte Alphateilchen hat eine hohe Energie und sollte daher unbedingt vermieden werden.

Reines Blei erzeugt weit weniger Polonium als Blei-Wismut, was ihm in dieser Hinsicht einen Vorteil gegenüber der Kombination der beiden Elemente verschafft.

Das Risiko, dass die inneren Komponenten des Reaktors korrodieren, ist die schwierigste Herausforderung, die Blei darstellt. Neue Spezialwerkstoffe wie Aluminiumoxid zur Herstellung von austenitischen Stählen sind Kandidaten, die sich derzeit in der Entwicklung befinden. Diese Materialien behalten eine schützende Oxidschicht auf den Komponenten des Reaktors bei.

In den sowjetischen U-Booten der Alfa-Klasse der 1970er Jahre wurden zwei verschiedene Arten von bleigekühlten schnellen Reaktoren verwendet. Sowohl das OK-550- als auch das BM-40A-Design können 155 MWt Leistung erzeugen. Sie waren deutlich portabler als herkömmliche wassergekühlte Reaktoren und hatten den Vorteil, dass sie schnell zwischen Betriebsmodi wechseln konnten, die die Leistung maximierten und gleichzeitig die Geräuschemissionen minimierten.

Im Jahr 2010 wurde bekannt gegeben, dass eine Partnerschaft zur Schaffung eines Blei-Wismut-Reaktors für die kommerzielle Nutzung unter dem Namen AKME Engineering gebildet wird.

Seit Russland 1998 eine beträchtliche Menge an Forschungsmaterial offengelegt hat, das aus seinen Erfahrungen mit U-Boot-Reaktoren gewonnen wurde, haben die Vereinigten Staaten ein zunehmendes Interesse an der Verwendung von Blei oder Blei-Wismut für kompakte Reaktoren festgestellt.

Das Projekt MYRHA, das für Multi-purpose hYbrid Research Reactor for High-tech Applications steht, ist ein innovatives und bahnbrechendes Konzept für einen Kernreaktor, der an einen Protonenbeschleuniger angeschlossen ist. Diese Konstruktion wird als Accelerator-Driven System (ADS) bezeichnet.

Dies wird ein Blei-Wismut-gekühlter schneller Reaktor sein, der entweder in einem unterkritischen oder kritischen Modus betrieben werden kann.

Das Projekt wird von SCK•CEN, der Kernenergieforschungseinrichtung in Belgien, geleitet.

Es wird auf der Grundlage der ersten erfolgreichen Demonstration mit dem Namen GUINEVERE gebaut.

MYRRHA hat viel Aufmerksamkeit von Menschen auf der ganzen Welt erregt, und im Dezember 2010 ernannte die Europäische Kommission es zu einer der 50 wichtigsten Initiativen, die Europa helfen könnten, seine führende Position in der High-Tech-Forschung für die nächsten 20 Jahre zu behaupten.

Quarz als Reflektor, Blei-Wismut-Eutektikum als Kühlmittel und Urannitrid-Brennstoff, der in HT-9-Rohren eingeschlossen ist, waren Komponenten, die in die erste Iteration des Hyperion-Leistungsmoduls aufgenommen werden sollten. Im Jahr 2018 öffnete das Unternehmen seine Pforten.

Blei wurde beim Bau von SSTAR verwendet, das vom Lawrence Livermore National Laboratory geschaffen wurde.

Der Dual-Fluid-Reaktor, auch DFR genannt, ist ein Projekt, das in Deutschland entwickelt wurde. Es kombiniert die Vorteile, die mit dem Flüssigsalzreaktor und dem flüssigmetallgekühlten Reaktor verbunden sind. Der DFR ist ein Brutreaktor, was bedeutet, dass er in der Lage ist, Atommüll zu recyceln und gleichzeitig Natururan und Thorium zu verbrennen. Der DFR ist aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit der Metallschmelze ein eigensicherer Reaktor (die Zerfallswärme kann passiv abgeführt werden).

Was die Entwicklung des bleigekühlten schnellen Reaktors betrifft, scheint Russland bei bedeutenden Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen an vorderster Front zu stehen. In seinem jetzigen Zustand befindet sich der BREST (Reaktor) im Bau. Dieser Reaktor wird Blei als Kühlmittel verwenden, Plutonium und Urannitrid als Brennstoff verbrennen, ein Poolreaktor sein, 300 MWe (elektrisch) aus 750 MWth erzeugen und insgesamt 750 MWth erzeugen. Im