Generation V Опции

[AtomInfo.Ru]

Говорят, конечно, что до первых реакторов V поколения ещё лет 50, не меньше.

Говорят также, что однозначно про реакторы V поколения пока что можно определённо сказать только одно - если атомная энергетика выживет, то такие реакторы когда-нибудь будут.

А вот какими они будут?

= = = = = = = = = = = = = = = = =
В начале темы буду суммировать звучащие в теме предложения.
= = = = = = = = = = = = = = = = =


1) Новое управление - робастное и/или возвращающее реактор в исходное состояние при любом нежелательном изменении параметров. Очевидно, что полностью или почти полностью за это должны отвечать свойства реактора, а не внешние системы управления.

2) Повышенная степень автоматизации вплоть до полной (режим батарейки?).
Здесь же рядом вариант с реактором. который проще заменить, чем ремонтировать.

3) Коренное решение проблемы отвода остаточного энерговыделения при тяжёлых авариях (например, подводное размещение АЭС, обеспечивающее бесконечный конечный поглотитель, и отказ от теплоносителя).

4) То же, что п.3, но подход иной - непрерывное удаление осколков из активной зоны с последующим таким обращением с ними, что исключает или минимизирует их выход в окружающую среду при авариях (исходными вариантами технологий здесь могут быть ЖТРы).

5) Дальнейшее развитие ADS-систем с подкритичными реакторами, когда реактору для работы в обязательном порядке требуется внешний источник нейтронов (отключение источника устраняет реактивностную аварию).
Здесь же рядом варианты симбиоза с термоядом.

6) Полная свобода манёвра мощностью.

7) Новые системы преобразования энергии, значительно повышающие к.п.д. (например, прямое преобразование того или иного типа).

8) Температуры. Высокие температуры, очень-очень-очень высокие температуры, намного выше тех, что изучаются для четвёртого поколения.
Интересно, что никто не предложил высокий (10^16-10^17) поток нейтронов. Наверно, для энергетиков он не нужен.

9) Тривиальный вариант - пятое поколение есть улучшенное четвёртое (например, условный БН-1200+). Преимущество такого подхода - пятое поколение при этом может появиться намного раньше, потому что к нему не будут выдвигаться повышенные требования по инновациям. Например, БН с металлом можно попробовать назвать пятым поколением, так как металл способен дать выигрыш в экономике замкнутого цикла.

10) Ториевый цикл в разных его вариантах (например, наработка 233U в бланкетах БН с последующим использованием его в тепловых реакторах V поколения).

11) Малые легководные бассейновые реакторы для теплоснабжения населённых пунктов (работаем в привычной водной технологии, но без давления и больших температур; заодно даём дополнительные шансы для водной технологии сохраниться в энергетике).

12) Многофункциональный ЖСР (см. подробнее).
Здесь же рядом - исходная многофункциональность проектов.

13) Подземное размещение АЭС.

14) Простота и краткие сроки вывода.

15) Основные черты реакторов V поколения могут зависеть от внешних условий (например, если энергетика будет децентрализованной, то атому придётся разрабатывать малые и сверхмалые батарейки).

16) Проект должен позволять простой переход к технологиям следующего поколения, каким бы оно ни было (например, путём замены некоторых модулей).

17) Возможность применения военный/гражданский (с упором на космос по военному применению).

Сообщение отредактировал AtomInfo.Ru - 19.7.2017, 11:53

Причина редактирования: Добавил список идей и постепенно включаю в него новые пункты по ходу обсуждения в ветке

[Татарин]

Предложу такую цель-хотелку: пятое поколение - это резкий рост КПД и надёжности за счёт продвинутых принципов преобразования (МГД, внешний фотоэффект, прямая накачка осколками лазерной среды, термоэмиссия, термохимия, радиохимия, чёрная магия и т.п.)

В принципе, ядерная энергия имеет дико высокий ТД-потенциал (равновесная температура топлива при сгорании порядка миллиардов К) и предельный КПД преобразования в земных условиях больше 99.999%. Использовать от этого треть - беспонтово, цинично расточительно и унизительно.
Это страшно бьёт по экономике (рассеять 2 гига тепла - нифига не просто и не дёшево), по экологии, по требуемому пространству, по автоматизации, по сложности обоснования и т.д., и т.п.

"Кипятильники" сложны, огромны, ненадёжны, требуют постоянного квалифицированных спецов и склонны течь и взрываться по независящим от редакции причинам. Большинство т.н. "проблем безопасности" реакторов - это не не ядерные, собссно, проблемы, а проблемы удержания кипятильника в более-менее рабочих рамках. ПО многим параметрам кипятильники уткнулись в асимптотические пределы, и заметного прогресса там не будет никогда, а никогда - это очень долго.
Например, мы, не повышая температурный напор, не можем повысить скорость теплообмена через стенку выше некоторого предела, определяемого характерными энергиями и плотностью.
Мы не можем значительно повысить температуры, потому что с каждым градусом проблемы растут лавиной.
Мы не можем увеличить тепломассообмен с внешней средой, потому что это расходы на собственные нужды.
Мы не можем увеличить КПД, потому что Карно.
И так далее.
Мы обречены жить с огромным потоками масс внутри машины, с коррозией, с вращающейся механикой, клапанами, вентилями, переносом облучённого материала, и выигрыш по одной статье сразу бьёт проигрышем в других.
Это - тупики, когда микроскопические улучшения даёются всё бОльшей и бОльшей ценой.

Мы уходим от ТД-машин позапрошлого века при сжигании топлива в электрохимию.
Почему для более продвинутого ядерного топлива мы привязаны к идеям Джеймса Уатта (или, изредка, Джорджа Брайтона) с вариациями?

...

Кстати, в начальных ветках по Gen4 таки был реактор с МГД-преобразованием. Его сочли слишком футуристичным (малообоснованным, бумажным) и забили на эту ветку большой болт.

Сообщение отредактировал Татарин - 10.7.2017, 11:31

[Superwad]

Предложу такую цель-хотелку: пятое поколение - это резкий рост КПД и надёжности за счёт продвинутых принципов преобразования (МГД, внешний фотоэффект, прямая накачка осколками лазерной среды, термоэмиссия, термохимия, радиохимия, чёрная магия и т.п.)

В принципе, ядерная энергия имеет дико высокий ТД-потенциал (равновесная температура топлива при сгорании порядка миллиардов К) и предельный КПД преобразования в земных условиях больше 99.999%. Использовать от этого треть - беспонтово, цинично расточительно и унизительно.
Это страшно бьёт по экономике (рассеять 2 гига тепла - нифига не просто и не дёшево), по экологии, по требуемому пространству, по автоматизации, по сложности обоснования и т.д., и т.п.

"Кипятильники" сложны, огромны, ненадёжны, требуют постоянного квалифицированных спецов и склонны течь и взрываться по независящим от редакции причинам. Большинство т.н. "проблем безопасности" реакторов - это не не ядерные, собссно, проблемы, а проблемы удержания кипятильника в более-менее рабочих рамках. ПО многим параметрам кипятильники уткнулись в асимптотические пределы, и заметного прогресса там не будет никогда, а никогда - это очень долго.
Например, мы, не повышая температурный напор, не можем повысить скорость теплообмена через стенку выше некоторого предела, определяемого характерными энергиями и плотностью.
Мы не можем значительно повысить температуры, потому что с каждым градусом проблемы растут лавиной.
Мы не можем увеличить тепломассообмен с внешней средой, потому что это расходы на собственные нужды.
Мы не можем увеличить КПД, потому что Карно.
И так далее.
Мы обречены жить с огромным потоками масс внутри машины, с коррозией, с вращающейся механикой, клапанами, вентилями, переносом облучённого материала, и выигрыш по одной статье сразу бьёт проигрышем в других.
Это - тупики, когда микроскопические улучшения даёются всё бОльшей и бОльшей ценой.

Мы уходим от ТД-машин позапрошлого века при сжигании топлива в электрохимию.
Почему для более продвинутого ядерного топлива мы привязаны к идеям Джеймса Уатта (или, изредка, Джорджа Брайтона) с вариациями?

...

Кстати, в начальных ветках по Gen4 таки был реактор с МГД-преобразованием. Его сочли слишком футуристичным (малообоснованным, бумажным) и забили на эту ветку большой болт.

Как мне говорили некоторые товарищи, МГМД генератор хотели запустить - но не дали команды (был в свое время построен в Воронеже, правда на традиционном топливе).
Если уж раскатывать губу, то:
1) Генератор на сверхпроводимости (хотя бы на жидком азоте)
2) Можно повысить КПД, если сможем повторно использовать низкопотенциальное бросовое тепло для выработки электричества. Один из вариантов - повысить потенциал тепла (т.е. температуру) - обычными тепловыми машинами. Правда размеры и затраты - окупятся ли? Еще тот вопрос.

[Татарин]

Как мне говорили некоторые товарищи, МГМД генератор хотели запустить - но не дали команды (был в свое время построен в Воронеже, правда на традиционном топливе).

МГД на обычном топливе требует очень высоких температур. Ионизация в АЗ рабочего реактора достигается неравновесно, в чём и прелесть. Хоть шерсти клок, а с этой овцы урвать.
Не заработал он толком.

1) Генератор на сверхпроводимости (хотя бы на жидком азоте)

Никаких проблем нет. Но при чём тут АЭС? Рано или поздно все мощные генераторы будут СП, КМК.

2) Можно повысить КПД, если сможем повторно использовать низкопотенциальное бросовое тепло для выработки электричества. Один из вариантов - повысить потенциал тепла (т.е. температуру) - обычными тепловыми машинами. Правда размеры и затраты - окупятся ли? Еще тот вопрос.

Не окупится принципиально же, уже теория не даст. Физика же.

В замкнутой системе эксергия не прибывает.