Lämpöreaktori vs nopea reaktori: ero ja vertailu

Keskeiset ostokset

1. Neutronin nopeus: Perusero lämpöreaktorien ja nopeiden reaktorien välillä on fissiota aiheuttavien neutronien energiataso. Lämpöreaktorit käyttävät hitaita tai "termisiä" neutroneja ylläpitämään ydinketjureaktiota, kun taas nopeat reaktorit käyttävät korkean energian tai "nopeita" neutroneja.
2. Polttoaine ja tehokkuus: Lämpöreaktoreissa käytetään polttoaineena pääasiassa uraani-235:tä tai plutonium-239:ää, jotka halkeavat sekä nopeilla että hitailla neutroneilla. Nopeat reaktorit voivat kuitenkin hyödyntää tehokkaasti myös uraani-238:aa, paljon runsaampaa isotooppia, ja voivat myös "jalostaa" tästä enemmän polttoainetta (plutonium-239), mikä johtaa polttoaineen parempaan hyödyntämiseen ja vähemmän jätettä.
3. Moderointi ja jäähdytys: Lämpöreaktorit vaativat hidastimen, kuten veden tai grafiitin, hidastamaan neutronit lämpöenergiaksi, mikä toimii myös jäähdytysaineena monissa malleissa. Nopeat reaktorit sen sijaan eivät käytä moderaattoria, koska tavoitteena on ylläpitää neutronien nopeutta. Sen sijaan he käyttävät aineita, kuten nestemäistä natriumia, lyijyä tai sulaa suolaa jäähdyttämiseen, jotka eivät hidasta neutroneja.

Mikä on lämpöreaktori?

Lämpöreaktori on eräänlainen ydinreaktori, joka perustuu lämpöneutroniin ylläpitääkseen fissioketjureaktiota. Se on keskeinen osa ydinvoimaloita ja tutkimusreaktoreita. Termi "lämpö" viittaa siihen, että fissioprosessissa käytettyjä neutroneja on hidastettu tai hidastettu pienempien energioiden saavuttamiseksi, mikä tekee niistä tehokkaampia aiheuttamaan fissiota tietyissä uraanin ja plutoniumin isotoopeissa.

Lämpöreaktorin perusperiaate on hallita ydinfission nopeutta käyttämällä hidastavaa materiaalia, joka hidastaa fission aikana syntyviä nopeita neutroneja. Yleisimmin käytetty hidastin lämpöreaktoreissa on joko vesi (kevytvesireaktorit) tai grafiitti (grafiittihidastetut reaktorit).

Mikä on Fast Reactor?

Nopea reaktori on eräänlainen ydinreaktori, joka käyttää nopeita neutroneja (neutroneja, joilla on korkeampi kineettinen energia) ylläpitämään ydinfissioketjureaktiota. Toisin kuin lämpöreaktorit, jotka perustuvat termistettyihin (hidastettuihin) neutroneihin, nopeat reaktorit käyttävät nopeita neutroneja tiettyjen ydinpolttoaineen isotooppien, kuten plutonium-239:n ja uraani-233:n, halkeamiseen. Nopeat reaktorit on suunniteltu hyödyntämään ydinpolttoainetta tehokkaasti ja tuottamaan vähemmän radioaktiivista jätettä verrattuna perinteisiin lämpöreaktoreihin.

Nopeilla reaktoreilla on useita etuja, kuten mahdollisuus parantaa polttoainetehokkuutta, vähentää pitkän aikavälin radioaktiivista jätettä ja kyky hyödyntää tiettyjä ydinpolttoaineita, jotka eivät ole käytännöllisiä lämpöreaktoreissa. Nopeat reaktorit aiheuttavat kuitenkin myös teknisiä haasteita ja turvallisuusongelmia, kuten riskin nopeasta tehon noususta ("prompt kriittiset" tapahtumat) ja nestemäisten metallien jäähdytysnesteiden syövyttävistä ominaisuuksista.

Ero lämpöreaktorin ja nopean reaktorin välillä

1. Neutronienergia: Suurin ero lämpöreaktorien ja nopeiden reaktorien välillä on ydinfissioketjureaktion ylläpitämiseen käytettyjen neutronien energiassa. Lämpöreaktorit käyttävät termisoituja (hidastettuja) neutroneja, kun taas nopeat reaktorit käyttävät nopeita neutroneja (neutroneja, joilla on korkeampi kineettinen energia).
2. Polttoaineen käyttö: Lämpöreaktoreissa käytetään rikastettua uraanipolttoainetta; Jotkut käyttävät sekaoksidipolttoainetta (MOX), joka sisältää uraanin ja plutoniumin isotooppien yhdistelmän. Nopeat reaktorit puolestaan ​​voivat käyttää laajempaa valikoimaa polttoainetyyppejä, mukaan lukien plutonium-239 ja uraani-233, ja niillä on mahdollisuus saavuttaa parempi polttoainetehokkuus ja tuottaa vähemmän pitkäikäistä radioaktiivista jätettä.
3. Neutronien hidastuminen: Lämpöreaktoreissa käytetään hidastimia (esim. vettä tai grafiittia) neutronien hidastamiseen, mikä lisää fission todennäköisyyttä tietyissä isotoopeissa. Nopeat reaktorit toimivat ilman hidastajaa tai käyttävät minimaalista hidastamista luottaen nopeisiin neutroniin fissioreaktioissa.
4. Jalostuskyky: Nopeilla reaktoreilla on potentiaalia olla "kasvattajia", mikä tarkoittaa, että ne voivat tuottaa enemmän halkeavaa materiaalia kuin kuluttavat käytön aikana. Muuntamalla halkeamattomia isotooppeja (esim. uraani-238) halkeamiskelpoisiksi isotoopeiksi, kuten plutonium-239, nopeat reaktorit voivat tuottaa lisää ydinpolttoainetta samalla kun ne tuottavat energiaa. Lämpöreaktoreilla ei ole merkittäviä kasvatuskykyjä.
5. Jäähdytysneste: Lämpöreaktorit käyttävät vettä jäähdytysnesteenä ja joskus hidastimena. Sitä vastoin nopeissa reaktoreissa käytetään nestemäisiä metallijäähdytysaineita, kuten natriumia tai lyijyä, joilla on hyvät lämmönsiirto-ominaisuudet ja jotka voivat tehokkaasti poistaa lämpöä reaktorin sydämestä.

Lämpöreaktorin ja nopean reaktorin vertailu

Vertailun parametrit	Lämpöreaktori	Nopea reaktori
Neutronienergia	Termisoidut (hidastetut) neutronit	Nopeat neutronit (suurempi energia)
Polttoainetyypit	Rikastettu uraani, MOX-polttoaine	Plutonium-239, Uraani-233 ja paljon muuta
Polttoainetehokkuus	Kohtuullinen polttoainetehokkuus	Korkeampi polttoainetehokkuus (potentiaalinen kasvattaja)
Jäähdytysjärjestelmä	Vesijäähdytysneste	Nestemäinen metallijäähdytysneste (esim. natrium, lyijy)
Ydinjäte	Tuottaa pitkäikäistä radioaktiivista jätettä	Voi vähentää pitkäikäistä jätettä (mahdollinen kasvattaja)

Viitteet

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

Viimeksi päivitetty: 18. elokuuta 2023