Тепловий реактор проти швидкого реактора: різниця та порівняння

Ключові винесення

1. Швидкість нейтронів: Фундаментальна відмінність між тепловими реакторами та швидкими реакторами полягає в рівні енергії нейтронів, що викликають поділ. Теплові реактори використовують повільні або «теплові» нейтрони для підтримки ланцюгової ядерної реакції, тоді як швидкі реактори використовують високоенергетичні або «швидкі» нейтрони.
2. Паливо та ефективність: Теплові реактори в основному використовують уран-235 або плутоній-239 як паливо, які розщеплюються як швидкими, так і повільними нейтронами. Проте швидкі реактори також можуть ефективно використовувати уран-238, ізотоп, який є набагато більш поширеним, і також можуть «розводити» з нього більше палива (плутонію-239), що призводить до кращого використання палива та зменшення відходів.
3. Помірність і охолодження: Для теплових реакторів потрібен сповільнювач, подібний до води чи графіту, для уповільнення нейтронів до теплової енергії, який також діє як теплоносій у багатьох конструкціях. Швидкі реактори, з іншого боку, не використовують сповільнювач, оскільки метою є підтримка швидкості нейтронів. Натомість для охолодження використовують такі речовини, як рідкий натрій, свинець або розплавлена ​​сіль, які не сповільнюють нейтрони.

Що таке тепловий реактор?

Тепловий реактор — це тип ядерного реактора, який використовує теплові нейтрони для підтримки ланцюгової реакції поділу. Це важливий компонент атомних електростанцій і дослідницьких реакторів. Термін «тепловий» означає той факт, що нейтрони, які використовуються в процесі поділу, були сповільнені або зменшені до нижчих енергій, що робить їх ефективнішими для поділу певних ізотопів урану та плутонію.

Основним принципом теплового реактора є контроль швидкості ядерного поділу за допомогою сповільнювача, який уповільнює швидкі нейтрони, що утворюються під час поділу. Сповільнювачем, який найчастіше використовується в теплових реакторах, є або вода (реактори з легкою водою), або графіт (реактори з графітовим сповільнювачем).

Що таке швидкий реактор?

Швидкий реактор — це тип ядерного реактора, який використовує швидкі нейтрони (нейтрони з більшою кінетичною енергією) для підтримки ланцюгової реакції поділу ядер. На відміну від теплових реакторів, які використовують термалізовані (уповільнені) нейтрони, швидкі реактори використовують швидкі нейтрони для поділу певних ізотопів ядерного палива, таких як плутоній-239 і уран-233. Швидкі реактори розроблені для ефективного використання ядерного палива та виробництва меншої кількості радіоактивних відходів порівняно зі звичайними тепловими реакторами.

Швидкі реактори мають кілька переваг, включаючи потенціал підвищення ефективності використання палива, зменшення довготермінових радіоактивних відходів і можливість використовувати певне ядерне паливо, яке не є практичним у теплових реакторах. Однак швидкі реактори також представляють технічні проблеми та проблеми безпеки, такі як ризик швидкого збільшення потужності («швидкі критичні» події) та корозійні властивості рідкометалевих теплоносіїв.

Різниця між тепловим і швидким реактором

1. Енергія нейтронів. Основна відмінність між тепловими і швидкими реакторами полягає в енергії нейтронів, які використовуються для підтримки ланцюгової реакції поділу ядер. Теплові реактори використовують термалізовані (уповільнені) нейтрони, тоді як швидкі реактори використовують швидкі нейтрони (нейтрони з більшою кінетичною енергією).
2. Використання палива: теплові реактори використовують збагачене уранове паливо; деякі використовують змішане оксидне (MOX) паливо, що містить комбінацію ізотопів урану та плутонію. Швидкі реактори, з іншого боку, можуть використовувати більш широкий діапазон типів палива, включаючи плутоній-239 і уран-233, і мають потенціал для досягнення більшої ефективності використання палива та утворення меншої кількості довгоіснуючих радіоактивних відходів.
3. Уповільнення нейтронів: у теплових реакторах сповільнювач (наприклад, вода або графіт) використовується для уповільнення нейтронів, що підвищує ймовірність поділу певних ізотопів. Швидкі реактори працюють без сповільнювача або використовують мінімальний сповільнювач, покладаючись на швидкі нейтрони для реакцій поділу.
4. Можливість розмноження: швидкі реактори мають потенціал бути «розмножувачами», тобто вони можуть виробляти більше розщеплюваного матеріалу, ніж споживають під час роботи. Перетворюючи нерозщеплювані ізотопи (наприклад, уран-238) у розщеплювані ізотопи, такі як плутоній-239, швидкі реактори можуть генерувати додаткове ядерне паливо, одночасно виробляючи енергію. Теплові реактори не мають значних відтворювальних можливостей.
5. Теплоносій: теплові реактори використовують воду як теплоносій, а іноді як сповільнювач. Навпаки, швидкі реактори використовують рідкі металеві охолоджувачі, такі як натрій або свинець, які мають хороші теплообмінні властивості та можуть ефективно відводити тепло від активної зони реактора.

Порівняння між тепловим і швидким реакторами

Параметри порівняння	Тепловий реактор	Швидкий реактор
Енергія нейтронів	Термолізовані (уповільнені) нейтрони	Швидкі нейтрони (вищої енергії)
Типи палива	Збагачений уран, МОКС-паливо	Плутоній-239, уран-233 та ін
Ефективність палива	Помірна паливна економічність	Вища паливна ефективність (потенційний розмножувач)
Система охолодження	Водяний теплоносій	Рідкий металевий охолоджувач (наприклад, натрій, свинець)
Ядерні відходи	Утворює довгоіснуючі радіоактивні відходи	Може зменшити довгоіснуючі відходи (потенційне розмноження)

посилання

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

Останнє оновлення: 18 серпня 2023 р