Rychlý reprodukční jaderný reaktor ( FBR anglicky rychlých neutronů v reaktoru ) je jaderný reaktor , který používá rychlé neutrony , které nejsou moderovat na rozdíl od tepelných neutronů lze moderovat grafitu , na těžké vody nebo lehké vody .
Doposud jsou všechny komerční rychlé reaktory, které jsou demontovány , stavěny nebo plánovány, chlazeny sodíkem , ale byly zkoumány další technologie rychlých reaktorů. Rychlé neutronové reaktory jsou od roku 2001 znovu zvažovány v rámci Mezinárodního fóra Generace IV .
V dnešní době (února 2020), tři rychlé neutronové reaktory dodávají elektrickou síť : ruské reaktory Beloyarsk-3 ( BN-600 ) a Beloyarsk-4 ( BN-800 ) a čínský CEFR . Jeden reaktor se blíží provozní fáze ( PFBR (en) ) v Kalpakkam , Indii a další je ve výstavbě v Číně, CFR-600. Osm se zastaví.
Neutrony emitované během štěpení aktinidu mají zpočátku vysokou rychlost, což omezuje pravděpodobnost jejich interakce s štěpným materiálem a vede k řetězové reakci.
Prvním řešením je zpomalit je („ tepelně “) moderátorem (vodou, grafitem nebo těžkou vodou ), což způsobí jejich ztrátu energie následnými šoky. Poté se jim říká tepelné neutrony , „což umožňuje účinnou řetězovou reakci a tedy lepší výtěžek reaktoru pro uran 235 , jehož pravděpodobnost štěpení tepelnými neutrony je vysoká“ . Právě toto řešení se používá v proudových reaktorech (typy PWR, BWR atd.).
Druhým řešením je záměrné rozhodnutí nezačlenit moderátora. Pak máme rychlé neutrony , jejichž kinetická energie je vysoká. Výhodou těchto rychlých neutronů je praskání všech těžkých jader a nejen štěpných materiálů . Použití rychlých neutronů také omezuje sterilní záchyty (to znamená, že záchyty nezpůsobují nové štěpení), což má tendenci zlepšovat účinnost reaktoru.
Na druhou stranu je rychlost úniku neutronů z jádra (neutrony, které se proto pro reaktor ztrácejí), vyšší a pravděpodobnost štěpení rychlými neutrony nižší než v tepelném neutronovém reaktoru . Je proto nutné mít jádro více obohacené o štěpný materiál .
Kromě toho mohou být plodné materiály umístěny na periferii srdce (mluvíme o úrodném krytu), aby bylo možné použít unikající neutrony . Toto je princip šlechtění : získávání odchozích neutronů k přeměně materiálu, který je a priori nepoužitelný ( úrodný, ale ne štěpný) na štěpný materiál . FNR odpovídají třem ze šesti typů jaderných reaktorů generace IV .
Reaktory na tekutý kov mohou být plaveckého typu nebo smyčkového typu. Architektura bazénu umožňuje trvale udržovat chladivo primárního okruhu v hlavní nádrži (primární čerpadla a mezilehlé výměníky jsou ponořeny do hlavní nádrže), zatímco smyčkové reaktory používají primární čerpadla a potrubí s vnějším povrchem nádrže a vnějších výměníků.
V roce 2007 jsou všechny RNR v provozu navrženy s chladicím okruhem na sodíkovou kapalinu. Jedná se o sektor z jaderných reaktorů s rychlými neutrony a chladivem sodného . I když je hořlavý při kontaktu se vzduchem, korozivní a při kontaktu s vodou prudce reaguje, dává se přednost sodíku z následujících důvodů:
Další kovová chladiva jsou studována, například slitina Pb - Bi nebo olovo .
V sodíkem chlazených rychlých reaktorech (RNR-Na) se může kapalný sodík vznítit při kontaktu se vzduchem, rozpadnout se beton a způsobit výbuch při kontaktu s vodou. To se stalo během požáru, ke kterému došlo v reaktoru v japonském MonjuProsince 1995.
Aby se zabránilo riziku reakce sodík / voda, je přijato několik opatření:
Omezení následků vznícení při kontaktu se vzduchem:
Sektor byl původně vyvinut s cílem snížit výrobní náklady použitého paliva v elektrárnách, a vyhnout se obohacování uranu jeviště , a protože to bylo se obával, v letech 1960 nedostatek zásob uranu . Ekonomické opodstatnění rychlého neutronového reaktoru vychází hlavně z jeho schopnosti generovat nebo regenerovat plutonium kromě vyrobené energie, přičemž toto plutonium lze poté v reaktoru částečně znovu použít, recyklovat na vojenské plutonium nebo přeměnit na palivo MOX (směs uranu a plutonia).
Avšak ziskovost sektoru MOX vyplývající z chovu byla například zpochybněna Akademií věd Spojených států . Ve skutečnosti v roce 1995 měl za to, že za tržní cenu uranu není rentabilní . V roce 2001 byl chov zastaven také ve Spojených státech . Sektor MOX, který je výsledkem zpracování vyhořelého jaderného paliva z konvenčních elektráren, je na druhé straně ve vývoji ve stejné zemi, protože v roce 2016 má být v řece Savannah otevřeno výrobní centrum. Vyšetřovací komise francouzského parlamentu týkající se nákladů na jadernou energii dospěla v roce 2014 k závěru, že měla velké potíže s hodnocením ekonomického zájmu MOX ve srovnání s jednoduchým ukládáním odpadu, ale že v nejlepším případě „to nestálo více k přímému skladování vyhořelého paliva než k jeho přepracování “, proces MOX zahrnuje větší rizika.
Ve Francii byl rychlý neutronový reaktor navržen s ohledem na využití vojenského plutonia v civilních reaktorech. Odstávka reaktoru Superphénix vedla k vývoji systému MOX, který by na jedné straně dodával určité reaktory ve francouzském sektoru PWR, které byly přizpůsobeny tak, aby mohly tento typ paliva využívat (22 reaktorů z 58 reaktorů v roce 2013), na druhé straně, nejnovější elektrárny, jako je EPR , které by záměrně mohly fungovat také pouze s palivem MOX. Nevýhodou tohoto paliva je produkce více dlouhodobého odpadu než plutonia v rychlém neutronovém reaktoru, který na konci cyklu produkuje pouze olovo.
Odpůrci šlechtitelských reaktorů poukazují na to, že zdvojnásobení množství plutonia původně dodávaného do rychlého neutronového reaktoru trvá přibližně 20–30 let (doba zdvojnásobení). Vzhledem k poklesu zásob uranu od roku 2025 by za současného stavu známých ložisek měla být flotila reaktorů s tlakovou vodou postupně nahrazena flotilou množivých reaktorů, aby měl dostatek plutoniového paliva. Francouzské elektrárny v tradičním odvětví skutečně každý rok vyprodukují pouze deset tun plutonia. Dlouhodobá ziskovost se jeví nejistá, zejména z důvodu vysokého stupně techničnosti spojeného s řízením významnějších rizik než v tradičním sektoru. Například demontáž Superphénixu je v současné době plánována na 31 let, zatímco u demontáže běžné elektrárny hlavní práce trvají asi dvacet let, zatímco veškerý odpad nelze demontovat nejméně padesát let .
V dnešní době (února 2020), tři rychlé neutronové reaktory dodávají elektrickou síť : ruské reaktory Beloyarsk-3 ( BN-600 , 560 MWe ) a Beloyarsk-4 ( BN-800 , 820 MWe ) a čínský CEFR (20 MWe ), poblíž Peking.
Dvě RNR jsou ve výstavbě, února 2020. Jeden se blíží provozní fázi, indický PFBR (en) (470 MWe ) do Kalpakkamu . Druhý je postaven Čínou, demonstrantem typu CFR-600.
Osm dalších rychlých reaktorů je trvale odstaveno ve Spojených státech , Velké Británii , Francii , Německu , Kazachstánu a Japonsku .
Tento typ jaderného reaktoru je jedním ze sektorů zkoumaných mezinárodním fórem Generace IV s cílem navrhnout budoucí jaderné reaktory.
Reaktor BN-350 se nachází v kazašském Aktau (dříve Ševčenko od roku 1964 do roku 1992 ) na břehu Kaspického moře . Tento rychlý množitelský reaktor byl uveden do provozu v roce 1973 a odstaven v roce 1999. Kromě výroby elektřiny pro sousední město (150 MW ) vyráběl plutonium ( pěstitel paliva) a pitnou vodu odsolováním (120 000 m 3 / den ).
V Rusku funguje reaktor BN- 600 o výkonu 600 MWe od roku 1980 v jaderné elektrárně Beloyarsk . Reaktor BN-800 využívající stejnou technologii, ale 800 MWe , funguje od roku 2016.
Francie vybudoval tři rychlé reaktor v řetězci o rychlé chladiva reaktory sodného :
Astrid je francouzský návrh na nový rychlý prototyp reaktoru chladivo sodného 4 th generace . Tento projekt vedený CEA s kapacitou 600 MWe, jehož uvedení do provozu mělo začít v roce 2020; pozastaveno je v roce 2019, minimálně do „druhé poloviny století“ .
V Německu byla v roce 1973 postavena RNR v Kalkaru v Dolním Rýně . Po mnoha protestech nebyl uveden do provozu podle plánu v roce 1987.
V lokalitě Dounreay na dalekém severu Skotska byly umístěny dva prototypy rychlých neutronových reaktorů:
Stránka Dounreay patří do NDA od roku 2004 . Jeho demontáž je provozována společností Dounreay Site Restauration Limited pod dohledem Úřadu pro atomovou energii Spojeného království (UKAEA). Jeho demontáž je po lokalitě Sellafield součástí priority číslo dvě NDA .
Na tomto webu se také nachází DMTR (Dounreay Materials Test Reactor), výzkumný reaktor typu DIDO (in) , který se poprvé rozcházel v roce 1958. Jeho prvním cílem bylo vyrábět materiály pod vysokými testy chování na záření neutronů. Byl zatčen v roce 1969.
Čínská experimentální BN-reaktor (CEFR), prototypem čínské RNR, byl postaven Rusy OKBM Afrikantov, OKB Gidopress, Nikiet a Kurchatov ústavu nedaleko Pekingu. Tento první čínský experimentální rychlý neutronový reaktor čtvrté generace poskytuje elektrickou energii 20 MWe (65 MWth ). První divergenci provedl dne21. července 2010 a byl připojen k síti dne 21. července 2011.
Dva ruské reaktory typu BN-800 měly být postaveny Ruskem ve městě Sanming v rámci partnerství uzavřeného v roce 2009 a uvedeny do provozu po roce 2020. Neshody ohledně nákladů a transferů technologií nakonec rozhodly, že Čína využije zkušeností CEFR navrhnout a postavit vlastní model FNR.
To znamená, že CNNC oznámil pozděprosince 2017zahájení výstavby demonstrátoru o výkonu 600 MWe, který navrhl Čínský institut pro atomovou energii CFR-600 v Xiapu v provincii Fujian . Mohl následovat druhý vzorek, třetí při velmi vysoké teplotě a čtyři další s tepelnými neutrony.
Ještě vyšší komerční model CFR-1000 je ve fázi návrhu a mohl by se dočkat prvního zahájení provozu v roce 2028, kdy v roce 2034 bude vyrobeno 1 000 až 1 200 MWe. A konečně se model CFR-1200 předpokládá v rámci Mezinárodní fórum generace IV .
CNNC také oznámila v října 2017vytvoření společného podniku s americkým TerraPower , společnost vznikla v roce 2006 a financovaný Bill Gates , který se chystá uvést na trh technologickou vlnu reaktor cestování (TWR, postupnou vlnou reaktor ).
: dokument použitý jako zdroj pro tento článek.