Электроядерные установки, Перспективы ADS Опции

[KTN]

Нужно ли сейчас активизировать вложение инвестиций в линейные протонные ускорители с оптимальной энергией 1200 Мэв?
Какие задачи на них целесообразно решать?

Лет 60 назад МСМ пыталось на Урале сделать протонный линейник на непрерывный режим, чтоб подпитывать легководный наработчик Pu239 на природном уране.
Затем тему сослали в Академию Наук, которая начала строить 'МЕГАН'.
Сейчас актуальность ADS в мире выросла, имеет смысл посмотреть на неё свежим взглядом с учётом новых возможностей.

[alex_bykov]

Нужно ли сейчас активизировать вложение инвестиций в линейные протонные ускорители с оптимальной энергией 1200 Мэв?
Какие задачи на них целесообразно решать?

Лет 60 назад МСМ пыталось на Урале сделать протонный линейник на непрерывный режим, чтоб подпитывать легководный наработчик Pu239 на природном уране.
Затем тему сослали в Академию Наук, которая начала строить 'МЕГАН'.
Сейчас актуальность ADS в мире выросла, имеет смысл посмотреть на неё свежим взглядом с учётом новых возможностей.

Единственное дельное в бреде Острейцова - это ускорители на обратной волне. Обратите внимание, что (в докладе) их же продвигает и Дубна (там основные соавторы - соратники Богомолова из СО РАН). И причина простая - меньшие габариты на единицу энергии пучка, а значит куда меньшие капзатраты.

А вот по остальным моментам - ХЗ. Там пока нерешённых инженерных проблем больше, чем можно себе позволить даже для этапа НИОКР.

[KTN]

ускорители на обратной волне. Обратите внимание, что (в докладе) их же продвигает и Дубна

В начале года в сети появился достойный внимания материал из Протвино: "проект ОМЕГА"
http://www.ihep.ru/ihep/news/IHEP-2-9-10_fin-c.PDF
а здесь критические комментарии к нему
http://www.protvino-forum.ru/showthread.php?t=6730
Главу 6 документа можно не читать: её правильнее было озаглавить "как обанкротить Россию".

Этот блестящий материал мог быть подготовлен только опытным междисциплинарным коллективом авторов, и в прошлые десятилетия считался бы секретным. Причина, почему Протвинский ИФВЭ выложил его во всеобщий доступ, похоже в том, что этот проект - единственный шанс сохраниться их институту в следующем поколении.
Согласно неофициальной информации, которую их дирекция всеми силами опровергает, большое кольцо ИФВЭ не включалось с 2007 года по причине отсутствия денег на электричество. Такое впечатление сложилось по итогам визита к ним.

Интересно отметить, по энергии ускоренных протонных сгустков кольцо У-70 /от 50 до 76 Гэв/ похоже на японский J-PARC, только по средней мощности в 100 раз разница. Если уж США свой Тэватрон (900 Гэв) закрыли, то устаревание У-70 ещё более очевидно.
По проекту УНК /отечественного аналога LHC/ в Протвино до распада Союза успели построить электро-подстанцию на 500 МВт. Поэтому сейчас в рамках конверсии и коммерциализации существуют планы построить там стекольный завод, перепрофилировав город, а институт закрыть.

Всё это нужно иметь ввиду, рассматривая новые проекты ускорителей применительно к нашей стране. Блестящие идеи, излагаемые на семинарах, останутся на бумаге, в ближайшее десятилетие построено ничего не будет. Именно по этой причине, когда в Курчатнике иной раз собирается семинар по ADS, от нашего института никого нет.
Хотя с чисто научной точки зрения, представленный протвинцами блестящий проект линейного ускорителя имеет многие черты электроядерных установок будущего.

[KTN]

Единственное дельное в бреде Острейцова - это ускорители на обратной волне. И причина простая -

У нас люди пришли к мнению, что вся "околоускорительная"
шумиха имеет единственную цель. Раньше в "Средмаше" был главк по ускорителям, в 1990-е его разогнали. Сейчас мы видим попытку воссоздать его, подмяв под него все остатки ускорительной тематики в России, просто чтобы перенаправить деньги в по-прежнему бедствующие наукограды. Аналогичная компонента есть и у "ПРОРЫВа".

[Denis_Hliustin]

линейные протонные ускорители с оптимальной энергией 1200 Мэв
Какие задачи на них целесообразно решать?
Лет 60 назад МСМ пыталось на Урале сделать протонный линейник на непрерывный режим, чтоб подпитывать легководный наработчик Pu239 на природном уране. Затем тему сослали в Академию Наук, которая начала строить 'МЕГАН'.

Для лучшей наглядности картинки с МЕГАНа. В некоторых аспектах его можно считать прототипом ADS-систем будущего:
проектная импульсная мощность ускоренных протонов 30 МВт в первой очереди пуска, 60 МВт во второй. В непрерывном режиме для ADS этого уже достаточно.

Проектная средняя мощность 300 кВт в первой и 600 кВт во второй очереди пуска.
При энергии протонов 600 Мэв и мишени из U238, появляется нейтрон на каждые 60 Мэв энергии протона. Отношение выхода нейтронов и тепловой мощности мишени чуть лучше чем у быстрых реакторов.

На первом рисунке 360 метров основной части МЕГАНа, на основе "ускоряющей структуры с шайбами и диафрагмами"
http://researchcooperative.org/photo/24b?context=latest

На второй картинке СВЧ усилители, дающие СВЧ мощность, которая в этих резонаторах разгоняет протонные сгустки до 0,8 скорости света
http://researchcooperative.org/photo/klyst...?context=latest

Сообщение отредактировал AtomInfo.Ru - 19.12.2012, 21:59

Причина редактирования: Сделал ссылки активными. - Модератор

[Didro]

Лет 60 назад МСМ пыталось на Урале сделать протонный линейник на непрерывный режим, чтоб подпитывать легководный наработчик Pu239 на природном уране.

Затраты электроэнергии не будут больше получаемой?

[Zlobniy Shurik]

Затраты электроэнергии не будут больше получаемой?

Вдумайтесь, пишут то про 60 лет назад. Кому там электроэнергия была нужна? А вот плутоний очень даже требовался

P.S. Надеюсь, не фигню сморозил

[Didro]

Тем не менее гибрид на базе ускорителей с положительным энерговыходом вполне реальнее чем всякие токамаки-стеллторы, и уже сейчас.
К томуже он дешевле и кроме собственного энергопроизводства, обеспечит несколько легководников Pu энергетического качества или станет отправным для Th-U ЯТЦ.

[Татарин]

Тем не менее гибрид на базе ускорителей с положительным энерговыходом вполне реальнее чем всякие токамаки-стеллторы, и уже сейчас.
К томуже он дешевле и кроме собственного энергопроизводства, обеспечит несколько легководников Pu энергетического качества или станет отправным для Th-U ЯТЦ.

А не выйдет ли так, что нечётный уран из морской воды для обычных легководников окажется в итоге дешевле, чем все эти извращения с быстрыми реакторами, ускорителями, грязной переработкой ОЯТ, фонящим топливом, и МОКС в тех же реакторах на лёгкой воде?

Может, на проблему вообще не с того конца смотрят? Ладно бы плутоний был таким хорошим топливом - так ведь нет, уже наработаный оружейного качества - и то не знают, куда девать, и топливо в разы дороже уранового... И нафига?

[Didro]

Дешевле пока хранение всего этого отработанного не учитывают, списывают из бюджета за счет всех нас, оставляя прибыля у "избранных"...

[VBVB]

А не выйдет ли так, что нечётный уран из морской воды для обычных легководников окажется в итоге дешевле, чем все эти извращения с быстрыми реакторами, ускорителями, грязной переработкой ОЯТ, фонящим топливом, и МОКС в тех же реакторах на лёгкой воде?

Судя по этому OECD обзору за 2011 год, урана оцененного и извлекаемого при его нынешних темпах потребления лет на 110-120 хватить может.
http://wwweth.cern.ch/~dittmar/thoiry/U2011.pdf
Причем, после Фукусимы, ряд стран заметно поуменьшил свои амбиции как в направлении лавинообразного строительства парка новых реакторов (Китай, Южная Корея, Индия) так и в отношении содержания имеющегося парка на нынешнем уровне (Япония, Германия).
Пока добыча урана из морской воды слишком дорога, на уровне $280-320 за фунт U3O8. Сравните с текущей ценой в районе $42-45 за фунт U3O8.
http://www.infomine.com/investment/metal-p.../uranium-oxide/
Даже если цены на уран опять доползут до максимума 2007 (до $135-140 за фунт U3O8), все равно добывать морской уран пока экономически не оправданно.
Для случаев, когда декларируется разработка технологий добычи урана из морской воды по цене ниже $200 за фунт U3O8, явно не учитываются все расходы и издержки на поддержание промпроизводства.

[KTN]

не выйдет ли так, что нечётный уран из морской воды для обычных легководников окажется в итоге дешевле, чем все эти извращения с быстрыми реакторами,
ускорителями, грязной переработкой ОЯТ, фонящим топливом, и МОКС в тех же реакторах на лёгкой воде?

Добыча природного урана из морской воды экономически оправдана именно для быстрых реакторов, которые полностью сжигают уран-238 плюс превращают некоторую, пока что небольшую его часть, в дополнительный плутоний.
Для легководников уран из морской воды убыточен, т.к. даже при замыкании топливного цикла сжигается лишь 1/60 часть.
Переработка ОЯТ неизбежна в любом варианте, для замыкания топливного цикла по урану-238.

Что касается протонных ускорителей на 1 Гэв, у них специализированная ниша.
Во-первых наработка небольших количеств экзотических изотопов, в т.ч. нейтронно-дефицитных и метастабильных, на хорошем ускорителе дешевле чем на реакторе.
Выше нейтронный поток в мишени /и ничего страшного если она случайно расплавится/, нейтронный поток только в мишени а не во всём большом реакторе, выше и средняя энергия спектра.

Во-вторых, ниша ADS та же, что и у реакторов БРЕСТ: выжигание минорных актинидов.
Представим что имеется сборка с расплавом минорных актинидов Np237, Am241, Am243, Cm242, Cm244. Её подкритичность пусть 5%. Находится в баке, который активно охлаждается снаружи жидким литием или натрием, так что контактирующий с металлическим баком слой химически активного сплава - твёрдый, застывший. А в центре - металл расплавленный.
Как регулировать мощность аппарата?
Без ускорителя схема слишком рискованна: она рассматривалась в НИКИЭТе в 1980-е и была забракована ещё до Чернобыля, а затем и вовсе отодвинута в дальний ящик стола.

Преимущества реактора с жидкой АЗ очевидны: кроме МА, в АЗ нет других ядер, спектр близок к спектру деления и минорные актиниды эффективно выгорают.
Естественно, снаружи АЗ может быть бланкет из обеднённого урана чтоб разменивать их выжигание на оружейный плутоний.
Ключевой элемент схемы - наличие протонного ускорителя на 1 Гэв и порядка 10 - 100 MW средней мощности протонного тока, эти протоны после горизонтального ускориния, электромагнитом поворачиваются и летят сверху вниз, в центр цилиндрического реактора с жидкой активной зоной из Np237, Am241, Am243, Cm242, Cm244. При необходимости, ток ускорителя в течение 1 микросекунды может быть выключен. Реактор всегда подкритичен.
Главная идея заимствована из металлургии: там химически активные металлы плавят в оболочке из того же застывшего металла, активно охлаждая внешнюю стенку резервуара.