Rychle chovatel nebo možné chov je schopnost jaderného reaktoru k produkci více štěpných izotopů , než se spotřebuje v přeměňovat úrodné izotopy štěpným izotopem.
Jediným štěpným izotopem dostupným jako přírodní zdroj na Zemi je uran 235 , který lze přímo využít v jaderném palivovém cyklu . Šlechtění teoreticky umožňuje použít jako jaderné palivo všechny úrodné materiály, jako je uran 238 , který představuje více než 99% přírodního uranu , a thorium , které je třikrát hojnější než uran.
Koncept šlechtitele byl vyvinut od počátků jaderné energie . Ve Spojených státech , Enrico Fermi navrhl koncept chovatele v roce 1945 a v roce 1946 malý americký rychlý reaktor Clementine (chlazený rtuti byl postaven). V roce 1951 proběhla první jaderná reakce prvního amerického sodíkem chlazeného reaktoru , Experimental Breeder Reactor I (EBR1). Ve Francii , konstrukce rapsodie byla zahájena (20 MW tepelného) v centru Cadarache v roce 1959, a tento reaktor produkoval jeho první jaderné reakce v roce 1967. Ve stejné době, další Rachel chovatel byl postaven na CEA centru v Valduc a začal v roce 1961.
Ve Francii měla flotila reaktorů s tlakovou vodou (PWR) původně vybudovat dostatečné zásoby plutonia pro spuštění flotily chovatelských reaktorů s rychlými neutronovými reaktory (RNR). Poté byl vyvinut sektor sodíkem chlazených reaktorů, jako jsou experimentální reaktory Phénix a Rapsodie , poté Superphénix .
Ve Spojených státech amerických v letech 1977 až 1982 dosáhl americký experimentální reaktor s nízkým výkonem s tepelným spektrem ve společnosti Shippingport rychlosti regenerace přes 100% díky rozsáhlé optimalizaci moderování a palivu uran 233 / thorium .
Rozvoj odvětví rychlých pěstitelů brzdila jaderná katastrofa v Černobylu a ropný protišok v roce 1986 . Italský projekt FNR byl spolu se všemi italskými jadernými elektrárnami zastaven italským referendem o jaderné energii v roce 1987 a německý šlechtitelský projekt Kalkar byl nakonec v roce 1991 opuštěn.
V Japonsku byl zahájen prototyp závodu Monju , který se nachází v Tsuruga v prefektuře Fukui , šlechtitelského závodu poháněného palivem MOX a chlazeného sodíkem, který obsahuje tři chladicí okruhy.5. dubna 1994, pak se zastavil Prosince 1995kvůli úniku sodíku a požáru v sekundárním chladicím systému. Předběžné testy byly znovu zahájeny v květnu 2010 s cílem znovu zahájit provoz v roce 2013.
Francouzský prototyp Superphénix, který byl uveden do provozu v roce 1985, pracoval po dobu 11 let pouze 53 měsíců, protože po dvou událostech (jeden k hlavni, druhý ke dvěma membránám v sérii na kompresoru pomocného zařízení) prošel četnými odstávkami. argonský okruh) a politické a administrativní blokády (54 měsíců od roku 1990 do roku 1994). Superphénix byl zastaven na konci roku 1996, poté se jej vláda Lionela Jospina rozhodla definitivně zastavit v roce 1997, což vyvolalo intenzivní debatu o dekonstrukci takového jaderného zařízení. Podle zprávy komise o energetické politice ve Francii , jeho rozsudek je závažné rozhodnutí, které bylo přijato bez konzultace s volebním bázi (na základě dohody mezi politické strany Zelených a vládním socialistům ) a významné náklady hrazeny EDF , která musí financovat odstavení společnosti Superphénix a kompenzovat její partnery. Od roku 2000 debata o Superphénixu zakolísala, tisk se poté spokojil s hlášením nových technik z webu.
Hráči jaderného průmyslu se o tento koncept zajímají ve snaze reagovat na vyčerpání zdrojů uranu a zároveň tvrdit, že splňují cíle udržitelného rozvoje . Mezinárodní fórum Generation IV zahájena ve Spojených státech v roce 2000 široce podporuje sektor chovatel s 4 z 6 konceptů:
V Rusku je BN-800 BN-reaktor v na Beloyarsk jaderné elektrárny byla připojena k rozvodné síti. Závod již měl první prototyp: reaktor BN-600, uvedený do provozu v roce 1980, chlazený sodíkem, ale palivem na bázi obohaceného oxidu uranu .
V Číně byl prototyp CEFR ( China Experimental Fast Reactor ) připojen k síti v roce 2011. Na základě této zkušenosti byl rychlý projekt CFR-600 (China Fast Reactor-600), druhá fáze rychlého vývojového programu čínského průmyslu neutronů, bude chlazeno sodíkem s tepelným výkonem 1 500 MW th a elektrickým výkonem 600 MW e ; jeho začátek je naplánován na rok 2023.
V běžném reaktoru s tlakovou vodou , asi dvě třetiny štěpení energie pochází přímo z štěpení z uranu 235 ( 235 U), přičemž třetina pochází ze štěpení z plutonia 239 ( 239 Pu). Tento prvek , který není zpočátku přítomen v jaderném palivu sestávajícím z oxidu uranu (UOX), se vytváří uvnitř aktivní zóny reaktoru, když jádro úrodného uranu 238 zachytí neutron . Z uranu 238 se pak stane uran 239 , který se zase dvěma β - rozpady přemění na neptunium 239 a poté na plutonium 239 , které je štěpné .
Výroba štěpných jader z plodných jader je principem šlechtění. Jaderný reaktor je šlechtitel, když je schopen produkovat tolik nebo více štěpného materiálu, než kolik spotřebuje. Jinými slovy, poměr počtu produkovaných štěpných nuklidů k počtu zničených štěpných nuklidů pro daný časový interval musí být větší než 1.
K tomu se do reaktoru zavádějí úrodné přikrývky, aby se podrobil toku neutronů. Obtížnost tohoto kroku spočívá ve skutečnosti, že štěpení neutronů musí být dostatečné jak k udržení řetězové reakce, tak k ozařování úrodných materiálů. Toto omezení je překonáno snížením sterilních záchytů neutronů, zejména těch, které zachycuje moderátor a chladicí kapalina.
Technologické řešení přijaté v případě sodíkem chlazených rychlých neutronových reaktorů (typu Superphénix ) spočívá v eliminaci moderátoru, a tedy ve využití rychlého spektra. Použití transformace uran 238 / plutonium 239 je o to oprávněnější, že je účinnější v rychlém spektru.
Po ozáření v reaktoru umožňuje přepracování paliva a úrodných přikrývek zpětné získání štěpných materiálů produkovaných v reaktoru za účelem výroby nového paliva.
Dalším myslitelným cyklem je cyklus thoria 232 / uranu 233 (zejména v reaktorech s roztavenou solí). Hlavní obtíže vyplývají ze skutečnosti, že uran 233 neexistuje v přirozeném stavu, a proto musí být vyroben předem, čehož se již roky dosahuje plutoniem. Tento cyklus je velmi zajímavý pro Indii, která má velké zásoby thoria . Takových rezerv existuje také v Bretani.
Fakulta | 238 U / 239 Pu v tepelném spektru | 238 U / 239 Pu v rychlém spektru | 232 Th / 233 U v tepelném spektru |
---|---|---|---|
Průměrná produkce na štěpení | 3 neutrony | 3 neutrony | 2,5 neutronů |
Udržování reakce | 1 štěpení neutronů a 239 Pu | 1 štěpení neutronů a 239 Pu | 1 štěpení neutronů a 233 U. |
Sterilní záchyt | 0,6 zajato 239 Pu | 0,3 zajato 239 Pu | 0,1 zajato U nebo Pu |
Zachyťte regeneraci štěpky | 1,6 zachyceno na 238 U | 1.3 zachycen na 238 U | 1,1 zachycen z 232 Čt |
Minimální neutronová rovnováha | 3,2> 3 | 2,6 <3 | 2,2 <2,5 |
Nadměrná generace | regenerace není možná | regenerace možná | regenerace možná |
Byly navrženy dva typy rozmnožovacích reaktorů:
Chov si klade za cíl využívat nerostné zdroje, které jsou podstatně hojnější (často se uvádí faktor 50 až 100) než ty, které se v současnosti používají. Na druhou stranu je kontrola chovu složitější.
Skládá se z přeměny uranu 238 (který tvoří 99,28% uranové rudy a téměř výlučně představuje ochuzený uran ) na plutonium 239 při výrobě tepla. Světové zásoby ochuzeného uranu se odhadují na přibližně 4,7 milionu tun (2005), z toho 300 000 tun ve Francii. Představují několik tisíc let spotřeby při současném tempu, zhruba 5 000 let ve Francii.
V dráze thoria se úrodné thorium 232 přeměňuje na štěpný uran 233 v reaktoru. Thorium 232, což je prvek, hojnější než uran 238 izotop je také přírodní chov . Thorium by tedy představovalo velmi důležitou rezervu jaderné energie, pokud by bylo možné ji použít v nové řadě šlechtitelských jaderných reaktorů. Thoriová trasa má následující výhody:
Breeding je kritizován za své nákladné, riskantní a nedokončené projekty, vizi zkreslenou nadměrným mediálním pokrytím průmyslových prototypů, jako je Superphénix.
Americký chovatel Projekt Clinch River reprodukční jaderný reaktor Project (in) postavený v roce 1972 byl zastaven Kongresu a administrativy prezidenta Cartera v roce 1983, protože „byl potenciální bezpečnostní riziko“ .
Německý šlechtitelský reaktor v Kalkaru byl odstaven v roce 1991 kvůli bezpečnostním problémům, které generoval, a kvůli jeho velmi vysokým nákladům (3,5 miliardy eur).
Náklady na výstavbu reaktoru Superphénix podle zprávy Účetního dvora z roku 1997 činily 60 miliard franků (1994) nebo 12 miliard eur (2010), z čehož 2,5 miliardy eur (2010) podporovala hlavně EDF . Obrat z dalšího prodeje 7,5 TWh elektřiny vyrobené v letech 1986 až 1996, odhadovaný na 1,875 miliardy franků (25 centů za kWh), by umožnil snížit tyto náklady na 11,7 miliardy eur.