Thermal Reactor vs Fast Reactor: Difference and Comparison

Βασικές τακτικές

1. Ταχύτητα νετρονίων: Η θεμελιώδης διαφορά μεταξύ των θερμικών αντιδραστήρων και των ταχέων αντιδραστήρων είναι το ενεργειακό επίπεδο των νετρονίων που προκαλούν σχάση. Οι θερμικοί αντιδραστήρες χρησιμοποιούν αργά ή «θερμικά» νετρόνια για τη διατήρηση της πυρηνικής αλυσιδωτής αντίδρασης, ενώ οι γρήγοροι αντιδραστήρες χρησιμοποιούν νετρόνια υψηλής ενέργειας ή «γρήγορα».
2. Καύσιμο και απόδοση: Οι θερμικοί αντιδραστήρες χρησιμοποιούν κυρίως ουράνιο-235 ή πλουτώνιο-239 ως καύσιμο, τα οποία είναι σχάσιμα τόσο με γρήγορα όσο και με αργά νετρόνια. Ωστόσο, οι γρήγοροι αντιδραστήρες μπορούν επίσης να χρησιμοποιήσουν αποτελεσματικά το ουράνιο-238, ένα πολύ πιο άφθονο ισότοπο, και μπορούν επίσης να «παραγάγουν» περισσότερο καύσιμο (πλουτώνιο-239) από αυτό, οδηγώντας σε καλύτερη χρήση καυσίμου και λιγότερα απόβλητα.
3. Μετριασμός και Ψύξη: Οι θερμικοί αντιδραστήρες απαιτούν έναν συντονιστή, όπως το νερό ή ο γραφίτης, για να επιβραδύνει τα νετρόνια σε θερμικές ενέργειες, ο οποίος λειτουργεί επίσης ως ψυκτικό σε πολλά σχέδια. Οι γρήγοροι αντιδραστήρες, από την άλλη πλευρά, δεν χρησιμοποιούν συντονιστή, καθώς ο στόχος είναι να διατηρηθεί η ταχύτητα νετρονίων. Αντίθετα, χρησιμοποιούν ουσίες όπως υγρό νάτριο, μόλυβδο ή λιωμένο αλάτι για ψύξη, που δεν επιβραδύνουν τα νετρόνια.

Τι είναι ο θερμικός αντιδραστήρας;

Ένας θερμικός αντιδραστήρας είναι ένας τύπος πυρηνικού αντιδραστήρα που βασίζεται σε θερμικά νετρόνια για τη διατήρηση μιας αλυσιδωτής αντίδρασης σχάσης. Αποτελεί κρίσιμο συστατικό των πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής και των ερευνητικών αντιδραστήρων. Ο όρος «θερμικό» αναφέρεται στο γεγονός ότι τα νετρόνια που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία σχάσης έχουν επιβραδυνθεί ή μετριαστεί, σε χαμηλότερες ενέργειες, καθιστώντας τα πιο αποτελεσματικά στην πρόκληση σχάσης σε ορισμένα ισότοπα ουρανίου και πλουτωνίου.

Η βασική αρχή πίσω από έναν θερμικό αντιδραστήρα είναι ο έλεγχος του ρυθμού της πυρηνικής σχάσης χρησιμοποιώντας ένα υλικό μετριασμού, το οποίο επιβραδύνει τα γρήγορα νετρόνια που παράγονται κατά τη σχάση. Ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος μεσολαβητής σε θερμικούς αντιδραστήρες είναι είτε νερό (αντιδραστήρες ελαφρού νερού) είτε γραφίτης (αντιδραστήρες με μέτρια γραφίτη).

Τι είναι ο Fast Reactor;

Ένας γρήγορος αντιδραστήρας είναι ένας τύπος πυρηνικού αντιδραστήρα που χρησιμοποιεί γρήγορα νετρόνια (νετρόνια με υψηλότερη κινητική ενέργεια) για να διατηρήσει μια αλυσιδωτή αντίδραση πυρηνικής σχάσης. Σε αντίθεση με τους θερμικούς αντιδραστήρες, οι οποίοι βασίζονται σε θερμικά (επιβραδυνόμενα) νετρόνια, οι γρήγοροι αντιδραστήρες χρησιμοποιούν γρήγορα νετρόνια για τη διάσπαση ορισμένων ισοτόπων πυρηνικών καυσίμων, όπως το πλουτώνιο-239 και το ουράνιο-233. Οι γρήγοροι αντιδραστήρες έχουν σχεδιαστεί για να χρησιμοποιούν αποτελεσματικά πυρηνικά καύσιμα και να παράγουν λιγότερα ραδιενεργά απόβλητα σε σύγκριση με τους συμβατικούς θερμικούς αντιδραστήρες.

Οι γρήγοροι αντιδραστήρες έχουν πολλά πλεονεκτήματα, συμπεριλαμβανομένης της δυνατότητας για αυξημένη απόδοση καυσίμου, μειωμένα μακροπρόθεσμα ραδιενεργά απόβλητα και τη δυνατότητα χρήσης ορισμένων πυρηνικών καυσίμων που δεν είναι πρακτικά σε θερμικούς αντιδραστήρες. Ωστόσο, οι γρήγοροι αντιδραστήρες παρουσιάζουν επίσης τεχνικές προκλήσεις και ανησυχίες για την ασφάλεια, όπως ο κίνδυνος ταχείας αύξησης της ισχύος («άμεσα κρίσιμα» συμβάντα) και οι διαβρωτικές ιδιότητες των υγρών ψυκτικών μετάλλων.

Διαφορά μεταξύ θερμικού αντιδραστήρα και γρήγορου αντιδραστήρα

1. Ενέργεια νετρονίων: Η κύρια διαφορά μεταξύ των θερμικών αντιδραστήρων και των ταχέων αντιδραστήρων έγκειται στην ενέργεια των νετρονίων που χρησιμοποιούνται για τη διατήρηση της αλυσιδωτής αντίδρασης πυρηνικής σχάσης. Οι θερμικοί αντιδραστήρες χρησιμοποιούν θερμικά (επιβραδυνόμενα) νετρόνια, ενώ οι γρήγοροι αντιδραστήρες χρησιμοποιούν γρήγορα νετρόνια (νετρόνια με υψηλότερη κινητική ενέργεια).
2. Χρήση καυσίμου: Οι θερμικοί αντιδραστήρες χρησιμοποιούν καύσιμο εμπλουτισμένου ουρανίου. Μερικοί χρησιμοποιούν καύσιμο μικτού οξειδίου (MOX) που περιέχει συνδυασμό ισοτόπων ουρανίου και πλουτωνίου. Οι γρήγοροι αντιδραστήρες, από την άλλη πλευρά, μπορούν να χρησιμοποιούν ένα ευρύτερο φάσμα τύπων καυσίμων, συμπεριλαμβανομένου του πλουτωνίου-239 και του ουρανίου-233, και έχουν τη δυνατότητα να επιτύχουν μεγαλύτερη απόδοση καυσίμου και να παράγουν λιγότερα ραδιενεργά απόβλητα μεγάλης διάρκειας ζωής.
3. Μετριασμός νετρονίων: Στους θερμικούς αντιδραστήρες, χρησιμοποιείται ένας μετριαστής (π.χ. νερό ή γραφίτης) για την επιβράδυνση των νετρονίων, γεγονός που ενισχύει την πιθανότητα σχάσης σε ορισμένα ισότοπα. Οι γρήγοροι αντιδραστήρες λειτουργούν χωρίς επιβραδυντή ή χρησιμοποιούν ελάχιστη μετριοπάθεια, βασιζόμενοι σε γρήγορα νετρόνια για τις αντιδράσεις σχάσης.
4. Δυνατότητα αναπαραγωγής: Οι γρήγοροι αντιδραστήρες έχουν τη δυνατότητα να είναι «αναπαραγωγοί», που σημαίνει ότι μπορούν να παράγουν περισσότερο σχάσιμο υλικό από αυτό που καταναλώνουν κατά τη λειτουργία. Μετατρέποντας μη σχάσιμα ισότοπα (π.χ. ουράνιο-238) σε σχάσιμα ισότοπα, όπως το πλουτώνιο-239, οι γρήγοροι αντιδραστήρες μπορούν να παράγουν επιπλέον πυρηνικό καύσιμο ενώ παράγουν ενέργεια. Οι θερμικοί αντιδραστήρες δεν έχουν σημαντικές δυνατότητες αναπαραγωγής.
5. Ψυκτικό: Οι θερμικοί αντιδραστήρες χρησιμοποιούν το νερό ως ψυκτικό και μερικές φορές ως μετριαστή. Αντίθετα, οι γρήγοροι αντιδραστήρες χρησιμοποιούν υγρά ψυκτικά μετάλλων, όπως νάτριο ή μόλυβδο, τα οποία έχουν καλές ιδιότητες μεταφοράς θερμότητας και μπορούν να απομακρύνουν αποτελεσματικά τη θερμότητα από τον πυρήνα του αντιδραστήρα.

Σύγκριση μεταξύ θερμικού αντιδραστήρα και γρήγορου αντιδραστήρα

Παράμετροι σύγκρισης	Θερμικός αντιδραστήρας	Γρήγορος αντιδραστήρας
Ενέργεια Νετρονίων	Θερμοποιημένα (επιβραδυνόμενα) νετρόνια	Γρήγορα νετρόνια (υψηλότερη ενέργεια)
Τύποι καυσίμων	Εμπλουτισμένο ουράνιο, καύσιμο MOX	Πλουτώνιο-239, Ουράνιο-233 και άλλα
Απόδοση καυσίμου	Μέτρια απόδοση καυσίμου	Υψηλότερη απόδοση καυσίμου (δυνητικός δημιουργός)
Σύστημα ψύξης	Υδροψυκτικό	Υγρό ψυκτικό μέταλλο (π.χ. νάτριο, μόλυβδος)
Πυρηνικά απόβλητα	Παράγει ραδιενεργά απόβλητα μεγάλης διάρκειας ζωής	Μπορεί να μειώσει τα μακρόβια απόβλητα (δυνητικός κτηνοτρόφος)

αναφορές

1. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002954930900346X
2. https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.13182/NT88-129

Τελευταία ενημέρωση: 18 Αυγούστου 2023