Energetický zesilovač - Energy amplifier

v nukleární fyzika, an zesilovač energie je nový typ jaderná energie reaktor, a podkritický reaktor, ve kterém je energický paprsek částic se používá ke stimulaci reakce, která zase uvolňuje dostatek energie k napájení urychlovač částic a ponechat energetický zisk pro výrobu energie. Koncept byl v poslední době označován jako systém poháněný akcelerátorem (REKLAMY) nebo Subkritický reaktor poháněný akcelerátorem.

Nikdy nebyly postaveny žádné.

Dějiny

Koncept je připsán italskému vědci Carlo Rubbia, částice Nobelovy ceny fyzik a bývalý evropský ředitel CERN mezinárodní nukleární fyzika laboratoř. Publikoval návrh energetického reaktoru založeného na protonu cyklotron urychlovač s energií paprsku 800 MeV až 1 GeV a cíl s thorium jako palivo a Vést jako chladicí kapalina. Rubbiova schéma si také půjčuje od myšlenek vyvinutých skupinou vedenou jaderným fyzikem Charlesem Bowmanem z Národní laboratoře v Los Alamos[1]

Princip a proveditelnost

Energetický zesilovač nejprve používá urychlovač částic (např. linac, synchrotron, cyklotron nebo FFAG ) k produkci paprsku vysokoenergetických (relativistických) protonů. Paprsek je směrován tak, aby narazil do jádra cíle z těžkých kovů, jako je olovo, thorium nebo uran. Výsledkem jsou nepružné srážky mezi protonovým paprskem a cílem špalda, který produkuje dvacet až třicet neutronů na událost.[2] Je možné zvýšit tok neutronů pomocí a neutronový zesilovač, tenký film z štěpitelný materiál obklopující spalační zdroj; použití amplifikace neutronů v CANDU reaktorů. Zatímco CANDU je kritický návrh, lze mnoho konceptů aplikovat na podkritický systém.[3][4] Jádra thoria absorbují neutrony, čímž se množí štěpné uran-233, izotop uranu, který se v přírodě nenachází. Moderované neutrony produkují štěpení U-233 a uvolňují energii.

Tento design je zcela pravděpodobný s aktuálně dostupnou technologií, ale než bude prohlášen za praktický a ekonomický, vyžaduje více studia.

Projekt OMEGA (ÓPtion Making of Enavíc Gnení z Actinidy a štěpné produkty (オ メ ガ 計画)) je v Japonsku studován jako jeden z metodik systému urychlovače (ADS).[5]

Richard Garwin a Georges Charpak popsat energetický zesilovač podrobně ve své knize Megawattů a megatonů Zlom v jaderném věku? “(2001) na stranách 153–163.

Dříve byla obecná koncepce energetického zesilovače, jmenovitě an Subkritický reaktor poháněný akcelerátorem, bylo popsáno v dokumentu „The Second Nuclear Era“ (1985), strany 62–64, Alvin M. Weinberg a další.

Výhody

Koncept má oproti konvenční jaderné energii několik potenciálních výhod štěpné reaktory:

  • Podkritický design znamená, že reakce nemohla utéct - pokud by se něco pokazilo, reakce by se zastavila a reaktor by se ochladil. A zhroucení by však mohlo dojít, kdyby došlo ke ztrátě schopnosti ochladit jádro.
  • Thorium je hojný prvek - mnohem víc než uran - snížení strategických a politických problémů s dodávkami a odstranění nákladných a energeticky náročných izotop oddělení. Existuje dostatek thoria k výrobě energie po dobu nejméně několika tisíc let při současné míře spotřeby.[6]
  • Energetický zesilovač by produkoval velmi málo plutonium, takže se předpokládá, že design bude více proliferace - odolnější než konvenční jaderná energie (i když otázka uran -233 as jaderná zbraň materiál musí být pečlivě posouzen).
  • Existuje možnost použití reaktoru ke konzumaci plutonia, čímž se sníží světová zásoba prvku s velmi dlouhou životností.
  • Méně dlouhověký radioaktivní odpad je vyroben - odpadní materiál by se po 500 letech rozpadl na radioaktivní hladinu uhlí popel.
  • Není nutná žádná nová věda; technologie pro sestavení energetického zesilovače byly předvedeny. Sestavení energetického zesilovače vyžaduje pouze inženýrství úsilí, nikoli základní výzkum (na rozdíl od jaderná fůze návrhy).
  • Výroba energie může být ekonomická ve srovnání se současnými konstrukcemi jaderných reaktorů, pokud je celkem palivový cyklus a vyřazení z provozu náklady jsou brány v úvahu.
  • Návrh mohl fungovat v relativně malém měřítku a měl potenciál sledovat zatížení modulací protonového paprsku, což ho činí vhodnějším pro země bez dobře rozvinutého elektrická síť Systém.
  • Vlastní bezpečnost a bezpečná přeprava paliva by mohla tuto technologii vhodnější rozvojové země stejně jako v hustě osídlených oblastech.

Nevýhody

  • Každý reaktor potřebuje vlastní zařízení (urychlovač částic ) generovat vysokoenergetický protonový paprsek, což je velmi nákladné. Na rozdíl od lineární urychlovače částic, které jsou velmi drahé, žádný protonový urychlovač dostatečné síly a energie (> ~ 12 MW v 1 GeV) kdy byla postavena. V současné době Spallation Neutron Source využívá a 1,44 MW protonový paprsek produkovat své neutrony, s upgrady předpokládal 5 MW.[7] Své 1,1 miliardy USD náklady zahrnovaly výzkumné zařízení, které není nutné pro komerční reaktor.
  • Palivový materiál je třeba vybírat pečlivě, aby nedocházelo k nežádoucím jaderným reakcím. Z toho vyplývá, že v plném rozsahu jaderné přepracování zařízení spojené s energetickým zesilovačem.[8]

Viz také

Reference

  1. ^ „Rubbia splňuje plán pro elektrárny s urychlovačem“. Věda. Listopad 1993. Citováno 10. listopadu 2016.
  2. ^ „Spallation Target | Paul Scherrer Institut (PSI)“. Psi.ch. Citováno 2016-08-16.
  3. ^ http://www.tfd.chalmers.se/~valeri/Mars/Mo-o-f10.pdf
  4. ^ „Zesílení neutronů v reaktorech CANDU“ (PDF). CANDU. Archivovány od originál (PDF) dne 29. 9. 2007.
  5. ^ 大 電流 電子 線 加速器 の 性能 確認 試 験 [Výkon vysokovýkonného elektronového lineárního akcelerátoru CW] (PDF) (v japonštině). Ōarai, Ibaraki: Japonská agentura pro atomovou energii. Prosinec 2000. Citováno 2013-01-21.
  6. ^ David JC McKay Udržitelná energie - bez horkého vzduchu '
  7. ^ http://accelconf.web.cern.ch/AccelConf/e04/PAPERS/TUPLT170.PDF
  8. ^ Koncepční návrh vysoce výkonného energetického zesilovače s rychlým neutronem, Carlo Rubbia et al., CERN / AT / 95-44, strany 42 a násl., oddíl Praktické úvahy

externí odkazy