RAPID-L - RAPID-L

The RAPID-L, RAPID-LNA (L: Lunar base, A: Automatic ， T: Thermoelectric) is a mikro jaderný reaktor koncepce koncipována jako elektrárna pro kolonie na Měsíc a Mars. Je založen na řadě RAPID (doplňování paliva pomocí All Pins Integrated Design) rychlý množitelský reaktor pomocí kapaliny lithium-6 design. Studie byla financována Japonský institut pro výzkum atomové energie (JAERI) ve FY 1999-2001. Výzkum provedli Japonci Ústřední výzkumný ústav elektroenergetiky (CRIEPI), Komae Research Laboratory.[1]

Dějiny

V roce 1999 Americké ministerstvo energetiky (DOE) zahájil projekt Iniciativa pro výzkum jaderné energie (NERI) (nezaměňovat s Mezinárodní iniciativou pro výzkum jaderné energie I-NERI od roku 2001[2]). Jeho cílem bylo získat inovativní veřejný výzkum. Tématem bylo vytvoření ultra bezpečných a ultra malých reaktorů. Inspirovaný SP-100, Alkalický kovový termoelektrický převodník (AMTEC), JAERI vlastní vysokoteplotní plynem chlazený reaktor (HTGR) Vysokoteplotní inženýrský zkušební reaktor od roku 1990 a projekty CRIEPI RAPID & RAPID-A z let 1993 a 1995 mimo jiné JAERI zadala studii RAPID-L.

Původní studie hledala ultrabezpečný a velmi malý rychlý reaktor RAPID-LNA předpokládá se použití v a Měsíční základna nebo Základna Mars Důvodem pro převzetí základny Marsu nebo Měsíce byla uzavření gravitací obou nebeských těles 1/3 a 1/6 zemské gravitace.[3]Studie sledovala tříletý plán:

  • 1999: základní koncept; materiálový výzkum
  • 2000: experiment inovativních technologií a jejich proveditelnosti; Testy rychlého kritického shromáždění (FCA)
  • 2001: LIM testy; analýza dynamiky rostlin

Úvahy o návrhu

  • Přirozený oběh byla nezbytná schopnost uvažovaná pro reaktor. Jako chladicí kapalina byla vybrána lithium-6 na základě požadavku na teplotu a jeho bod varu (1615 K = 1342 ° C) byl vyšší než buď Sodík (882 ° C) nebo Draslík (757 ° C). Dalším důvodem je generace Hélium plyn reakcí (n, α ) a slouží také jako absorbér neutronů. To vyžadovalo schopnost odstranit a extrahovat helium.[3]
  • Cílem bylo zmenšení a zjednodušení struktury reaktoru Provozní prohlídka (ISI). Bylo zjištěno, že toto vše vyřeší adaptace koncepce designu RAPID. Koncept RAPID by také nabídl bezhlavé provozní časy po dobu 20 let a dále.[3]
  • V době, kdy byl zahájen Raketoplán a H-2 byly uvažovány limity, které stanovovaly limit na průměr 3,7 m, délku 10 ma méně a hmotnost menší než 10 tun. Rovněž byly brány v úvahu gravitace Měsíce a Marsu. Bylo zjištěno, že pro splnění těchto požadavků je nutná podlouhlá konstrukce pece. Vzhledem k tomu, že seismické požadavky jsou ve srovnání se Zemí uvolněné, byla menší obava z poškození struktury. Pro reaktor byl přijat návrh volného vlnoplochy. Dále se předpokládalo, že doprava bude rozdělena na dva starty.[3]
  • Předpokládalo se, že hmotnost na Měsíci bude nanejvýš 670 kg a že to jednoduché jeřáby zvládnou. Očekávalo se, že bude k dispozici těžké zařízení pro hloubení jámy 2 x 6 m.[3]

Obecný popis

Designy RAPID a RAPID-L byly vyvinuty Ústřední výzkumný ústav elektroenergetiky (CRIEPI) ze dne Japonsko. Design RAPID-L je a rychlý kovový reaktor s tekutým kovem (LMFBR) koncept zamýšlel předcházet nehodám způsobeným lidskými chybami. Cílem bylo vytvořit jádro s dlouhou životností, které je ze své podstaty bezpečné díky nutnosti údržby. To byly nezbytné požadavky, protože reaktor měl být používán na Měsíci.[1][3][4]

Za tímto účelem bylo přijato několik inovativních nápadů

  • Topné systémy s radiátorovým panelem
  • Integrovaná palivová soustava (IFA) pro rychlé a zjednodušené tankování
  • 10 let provozu bez doplňování paliva
  • Inovativní systémy řízení reaktivity bez řídicích tyčí atd.

RAPID-L je systém termoelektrické přeměny energie využívající palivo nitrid uranu (obohacené o 40% a 50%) a kapalné lithium-6 chladicí kapalina s 5 MW tepelné energie a 200 kW elektrické energie. Vstup a výstup lithia jsou dimenzovány na teplotu 1 030 a 1 100 ° C. Lithium-6 také slouží jako absorbér neutronů. Je to první reaktor tohoto druhu. Vzhledem k tomu, že lithium-6 nebylo použito jako materiál absorbující neutrony v běžných rychlých reaktorech, byla měření prováděna na Fast Critical Assembly (FCA) Japonského institutu pro atomovou energii (JAERI). Jádro FCA bylo složeno z vysoce obohaceného uranu a vzorky oceli tak, aby simulovaly spektrum jádra RAPID-L. Vzorky byly obohaceny o 95% lithium-6 a byly vloženy do jádra rovnoběžně s osou jádra pro měření reaktivity v každé poloze. Bylo zjištěno, že měřená reaktivita v oblasti jádra byla v souladu s výpočty. Faktory zkreslení pro návrh jádra byly získány porovnáním mezi experimentálními a vypočítanými výsledky. [3][5][6]

Jako varianta konceptu rychlého reaktoru RAPID (Refueling by All Pins Integrated Design) je možné jej doplňovat rychlým a jednoduchým způsobem. Podstatné pro tuto vlastnost je, že jádro reaktoru se skládá z integrované palivové sestavy (IFA) místo konvenčních Toto malé jádro má 2700 palivových článků (čepů) kombinovaných IFA, které se skládají z nosné mřížky jádra a několika distančních mřížek a jsou sestaveny do palivové kazety. Tuto kazetu lze vyměnit jako jednotku. Reaktor lze provozovat bez doplňování paliva až 10 let (80% jmenovitého výkonu). Reaktor nemá žádné regulační tyče. K dosažení plně automatizovaného provozu se reaktor spoléhá na různé systémy řízení reaktivity: lithiový rozšiřovací modul (LEM), lithiový vstřikovací modul (LIM) a lithiový uvolňovací modul (LRM). LEM slouží k vlastní zpětné vazbě reaktivity, LIM slouží k vlastnímu konečnému vypnutí a LRM slouží k automatickému spuštění reaktoru. Tyto pasivní systémy pomáhají zmírňovat účinky vyčerpání paliva a umožňují dlouhou životnost paliva. Faktory zkreslení byly použity k určení počtu LEM a LIM potřebných v jádru k dosažení plně automatizovaného provozu.[3][6][7]

Reaktor má v zásadě konfiguraci smyčky a nádobu reaktoru o průměru 2 m, hloubce 6,5 m a hmotnosti přibližně 7,6 tun Tento koncept RAPID nemá ani podpůrnou strukturu diagridu, ani jádra, protože jsou integrovány do palivové kazety. Jednoduchý kontejner reaktoru by usnadnil nejdůležitější kontrolu provozu (ISI). Pro každé doplňování paliva lze provést ISI. Reaktor je navržen tak, aby byl instalován pod úrovní terénu, takže půda poskytuje potřebné stínění. Oddělená elektromagnetická čerpadla a palivová kazeta jsou spojeny spojovacími trubkami. Subsystém reaktoru se vyznačuje konceptem tankování RAPID, který eliminuje konvenční systémy pro manipulaci s palivem. To poskytuje podstatnou úsporu hmotnosti bloku reaktoru o 60% ve srovnání se systémy rychlých reaktorů chlazených kapalným kovem.[3][6]

Řízení reaktoru

Kompenzace vyhoření je dosahována automaticky LEM, přičemž na konci životnosti palivové kazety je dosaženo 80% jmenovitého výkonu. LEM je zařízení podobné teploměru ovládané objemová expanze Li6. Tato „regulační tyč kapaliny“ může udržovat výkon reaktoru téměř konstantní po celou dobu projektované životnosti. Částečný provoz je možný nastavením průtoku primárního chladiva. Výkon reaktoru bude úměrný průtoku primárního chladiva kvůli zpětné vazbě reaktivity LEM. LRM se skládá z obálky rozdělené zmrazenou pečetí do dvou komor. Spodní komora v aktivním jádru má 95% obohaceného Li6 Před spuštěním reaktoru je horní komora vakuum. Spuštění reaktoru lze provést automaticky, pokud teplota primárního chladiva dosáhne pohotovostní teploty. Ohřevu chladicí kapaliny lze dosáhnout uvolněním tepla z primárního oběhu čerpadla. Potom se zmrazené těsnění LRM roztaví při horké pohotovostní teplotě (přibližně 780 ° C) a Li6 se pomalu uvolňuje z nižší úrovně (aktivní úroveň jádra) na horní úroveň, aby se dosáhlo pozitivního zvýšení reaktivity. Dokončení spuštění bude trvat 7 (11) hodin. Limy zajišťují dostatečnou negativní zpětnou vazbu reaktivity v nechráněných přechodech. LRM umožňují automatické spuštění reaktoru detekcí horké pohotovostní teploty primárního chladiva. Všechny tyto systémy používají Li6 a jsou ovládány vysoce spolehlivými fyzikálními vlastnostmi (objemová expanze Li6 pro LEM a tavení zmrazeného těsnění pro LIM a LRM). Konfigurace s Quick LEM vyžaduje 3+ (1) LEM menší velikosti než konfigurace s Slow LEM vyžadující 24 LEM. RAPID-L je v koncepci designu vybaven 28 LEM, 16 LIM a 16 LRM. Dvě ze 16 LRM jsou rezervy nebo atrapy. Je to velmi redundantní systém. Selhání některých z těchto zařízení by mělo za následek pouze mírnou teplotní odchylku chladicí kapaliny. V případě, že většina LEM selže, kompenzace vyhoření LEM může být nemožná a reaktor by se odstavil.[1][3][6]

Instalace a spuštění reaktoru

Reaktor může být spuštěn H-2 startovat vozidlo do Nízká oběžná dráha Země (LEO) před odchodem na Měsíc. Poté bude nainstalován do vyhloubeného válcového otvoru o průměru 2 ma hloubce 6 m. Čtyři termoelektrické energetické konverzní segmenty a osm radiátorových panelů jsou umístěny kolem reaktoru.[1]

Diskuse společnosti Toshiba

Toshiba Často se uvádí, že se podílí na výzkumu a vývoji RAPID-L, což však nebylo možné potvrdit v žádné japonské dokumentaci, ani v současné vědě nebo tiskových zprávách. Výzkumný ústav Mitsubishi ， Inc. byla uvedena jako jediná přidružená společnost.[1][4][6][8][9]Zdálo se, že se mylná představa objevila, když Toshiba 4S prošel předběžnou kontrolou s USA Komise pro jadernou regulaci v roce 2007. Toto mohlo být poprvé rozšířeno blogy, ale nakonec se dostalo do několika seriózních publikací a článků.[10][11]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d E Koncept superbezpečného rychlého reaktoru bez obsluhy RAPID-L Ústřední výzkumný ústav elektroenergetiky, 2002
  2. ^ Mezinárodní iniciativa pro výzkum jaderné energie: výroční zpráva za rok 2011 Mezinárodní iniciativa pro výzkum jaderné energie, 2012
  3. ^ A b C d E F G h i j Super bezpečný koncepční návrh malého reaktoru RAPID-L a propagační program jaderného výzkumu společnosti R a D. JAERI, H11-002 Mitsuru Kambe, Hirokazu Tsunoda, Kaichiro Mishima, Akira Kawasaki, Takamichi Iwamura, Mezinárodní jaderný informační systém INIS sv. 37 Vydání 01, březen 2003
  4. ^ A b Vysoce automatizovaný koncept rychlého reaktoru RAPID-L bez regulačních tyčí, 2; Kritický experiment lithia-6 použitého v LEM a LIM Hirokazu Tsunoda, Osamu Sato, Japonská agentura pro atomovou energii, 1. července 2002
  5. ^ RAPID-L Vysoce automatizovaný koncept rychlého reaktoru bez kontrolních tyčí (1) Koncept reaktoru a analýzy dynamiky provozu Mitsuru Kambe, konference americké nukleární společnosti, 1. července 2002
  6. ^ A b C d E Kritický experiment a analýzy pro koncepční návrhovou studii rychlého reaktoru vybaveného systémy pro řízení reaktivity Li-6 LEM a LIM Shigeaki Okajima, Tsuyoshi Yamane Susumu Iijima, Hirokazu Tsunoda, Osamu Satoh, Mitsuru Kambe, Japonský institut pro výzkum atomové energie, 7. – 10. Října 2002
  7. ^ Vysoce automatizovaný koncept rychlého reaktoru RAPID-L bez kontrolních tyčí (2) Kritický experiment lithia-6 použitého v LEM a LIM Hirokazu Tsunoda, Osamu Sato, konference americké nukleární společnosti, 1. července 2002
  8. ^ Mini jaderný reaktor by mohl napájet bytové domy Peter Hadfield, Michael Fitzpatrick, nový vědec, 22. srpna 2001
  9. ^ Návrhy mini jaderných elektráren BBC, 22. srpna 2001
  10. ^ Malé jaderné reaktory Archivováno 2014-05-14 na Wayback Machine Ian Hore-Lacy, Encyklopedie Země 4. září 2006, Energetická knihovna, 4. září 2006
  11. ^ Reaktoru Rapid-L - navrženému japonským CRIEPI pro JAERI - se dostává velké pozornosti blogů Rod Adams, 22. prosince 2007

externí odkazy

  • [1] Ústřední výzkumný ústav elektroenergetiky
  • [2] Výzkumná organizace pro informační vědu a technologii (RiST)