Торий Опции

[Dobryak]

Так это и есть вариант фрика из видео. Только вместо хорошего стабильного свинца - плохой, негодный кюрий.

В ADS системах производственный долг ускорителя (а 1 ГэВ это линейный ускоритель в 1 км длиной и короче никак... и это полтора лимарда долларов, дешевле сегодня никак) --- это производство нейтронов. "Хороший свинец" в spallation source не использует никто --- исключительно ртуть, чтобы ее качать в петле на охлаждение. Использовать ускорители для наработки топлива не годится --- ускоряемых протонов слишком мало. Если Гэвный ускоритель работатет на НЕПРЕРЫВНОМ токе в 10 миллиампер, то мощность в пучке 10 Мегаватт. При этом в секунду ускоритель гонит в активную зону 6Е16 протонов, каждый из которых выдаст 15 нейтронов (за двойками не слежу), т.е., 1Е18 нейтронов в секунду. Что нарабатывать-то будем и из чего? В припадке оптимизма запишу одно полезное топливоподобное ядро на десяток нейтронов, т.е., 6Е15 ядер ===> 1E-8 грамм-атомов в секунду. Помножаем на 3Е7 секунд в году ==> 0.3 грамматома, после помножения на 200 имеем 60 грамм чего-то топливоподобного.

[AtomInfo.Ru]

имеем 60 грамм чего-то топливоподобного.

О как! Это достойный результат, чего уж там

Тогда, конечно, нужно усиление нейтронного потока за счёт свойств самого бланкета.

Не подскажете, с какими энергиями будут получаться нейтроны от протонов?
У урана-238 в мэвных областях очень неплохо растёт nu, т.е. число нейтронов на акт деления. Собственно, у меня в расчёте выше по ветке это видно. Соответственно, при энергии нейтронов порядка 10 МэВ уран-238 становится уже почти топливом. Своими силами мы столь жёсткий спектр создать не можем (средняя энергия нейтронов деления 2 МэВ, и далее энергия нейтрона будет уменьшаться за счёт соударений).
Но если есть возможность подавать в систему извне нейтроны с высокими энергиями, то...

[Татарин]

а 1 ГэВ это линейный ускоритель в 1 км длиной и короче никак...

Я, конечно, ни разу не спец в ускорителях, но, НЯЗ, сейчас 5-20МэВ/м - скорее обыденность.
Вот это -
http://web.ihep.su/library/pubs/aconf96/ps/c96-107.pdf
- предлагалось именно под источник нейтронов. 40МэВ/м.

и это полтора лимарда долларов, дешевле сегодня никак)

Ой. SNS брать за образец несколько нечестно. У него свои, очень отдельные требования и своя, очень отдельная экономика.
Но даже в SNS "очищенный" ускоряющий градиент - 16МВ/м.

"Хороший свинец" в spallation source не использует никто --- исключительно ртуть, чтобы ее качать в петле на охлаждение.

Тут согласимся.

Использовать ускорители для наработки топлива не годится --- ускоряемых протонов слишком мало.

Тут тоже.

В этом и проблема: условные "ядерщики" ждут от ADS слишком многого. Простая замена запаздывающих нейтронов на нейтроны ускорителя (ради повышения управляемости на быстрых нейтронах, к примеру) их (вас) почему-то не устраивает. А 10% нейтронов от ускорителя - это уж слишком дорого, тут без вариантов.
Отсюда и следует, что из-за этого разрыва сверхожиданий с практикой, ADS в обозримом будущем ничего не светит.
Скорее уж термояд для подсветки присобачат.

Но дело тут не в надёжности, а тупо в цене этого развлечения.

[AtomInfo.Ru]

В этом и проблема: условные "ядерщики" ждут от ADS слишком многого.

И да, и нет.

С одной стороны, ADS даже в поколении IV упомянут как-то очень неубедительно. Может быть, они вообще переедут в гипотетическое пятое поколение реакторов, о котором сейчас ни у кого нет ни малейшего представления. Так что не особенно-то и ждём. По крайней мере, сегодня мы их не ждём.

С другой стороны, малое мы в состоянии сделать и своими силами. Привлекая смежников, да ещё с бандурами размером со стадион мы вправе ожидать многого. Нового качества, например, отсутствия реактивностной аварии. Или более простого вовлечения тория в топливный цикл - а его будет иметь смысл вовлекать, потому что это энергоноситель, на сегодняшний день практически не использующийся, что нерационально. Поэтому очень интересно читать, что можно с помощью ADS сделать, хотя бы в теории.

[pappadeux]

http://status.sns.ornl.gov/CacheReader?ima...ower_energy.png

ну и в догонку, какие проблемы не дают работать долго на полной мощности

Oak Ridge officials are puzzled by failure of targets at Spallation Neutron Source

...

Although the calculated lifetime for each should be about 5000 megawatt hours, none of the 11 targets that the SNS has gone through since its 2006 debut have lasted that long. The two that failed in the fall went out after just 100 and 600 MWH.

http://scitation.aip.org/content/aip/magaz....1063/PT.5.1035

[AtomInfo.Ru]

Хорошая ссылка.
Описание магатэшного бенчмарка ADS-системы с торием и результаты расчёта.
http://keldysh.ru/papers/2000/prep77/prep2000_77.html

Бланкет - торий и уран-233, мощность 1500 МВт (видимо, тепловых).
Для случая kэфф бланкета 0,98 имеем обогащение по урану-233 примерно 10%. Внешний источник нейтронов меняется по ходу кампании от 2e18 до 7e18 н/с. Спектр нейтронов источника тоже дан, хороший спектр.

[AtomInfo.Ru]

В припадке оптимизма запишу одно полезное топливоподобное ядро на десяток нейтронов

По здравому размышлению возражу. Куда уйдут остальные девять нейтронов? Что-то потеряем в конструкции, что-то утечёт (а мы бланкет поставим дополнительный), что-то поделится (и даст ещё нейтроны!), а что-то захватится.

Очень грубо пройдёмся по БН-овскому балансу нейтронов. Родилось 2,7 нейтронов, 1 на поддержание СЦР, 1,3 на воспроизводство (грубая оценка!), значит, 2,7-(1+1,3)=0,4 на все паразитные потери. То есть, 0,4/2,7=15% нейтронов паразитно утеряно.
Чтобы не париться сейчас с делением в бланкете, всё-таки пока в припадке пессимизма предлагаю брать 8 топливных ядер на десяток нейтронов. А это уже почти полкило топлива за год. То же ещё не хлеб, конечно.

[Didro]

На паразитное там вдвое больше, спасает деление U238, составляющее по компании 15-20%

[AtomInfo.Ru]

Описание магатэшного бенчмарка ADS-системы с торием и результаты расчёта.
http://keldysh.ru/papers/2000/prep77/prep2000_77.html

Что можно увидеть из модельного примера?
Понимаю, что сейчас скорее всего изобрету велосипед - трёхколёсный, с передним колесом перпендикулярно двум задним и перевёрнутым сидением, ну и пусть

1) Бланкет в нём по сути есть реактор. Топливо 233U, сырьё торий, обогащение по 233U 10%. Kэфф в одном из случаев 0,98. Почти как хочет Татарин, но всё-таки подкритичность 2%. Получаем новое качество - без ускорителя наш реактор пребывает в состоянии безопасного останова, как задано в нормативах. То есть, исчезает ускоритель - сразу получаем реактор, заглушенный до безопасного состояния, причём без всяких стержней. Можно даже говорить об исключении реактивностной аварии (на самом деле нет, см. ниже).

2) Мощность реактора 1500 МВт(т). Примем кпд равным трети, получим электрическую мощность 500 МВт(эл.). Нормальный энергообъект средней мощности. Да, плотности потоков нейтронов в нём должны соответствовать плотностям в классических реакторах. То есть, вполне можно говорить о 1e15, край о 1e14. То есть, торий будет захватывать нейтроны и рождать 233U значимыми темпами, не пренебрежимо малыми.

3) Обеспечивает работу на такой мощности внешний источник нейтронов мощностью 2e18 н/с. Его рождает пучок протонов с энергией 1 ГэВ. Здесь мы сходимся с Dobryak'ом.

4) Мощность источника только в момент пуска 2e18. Потом она будет расти и спустя 6 с лишним лет составит 7e18.
Это ещё одна милая особенность ADS-систем - ускорительной части придётся регулировать параметры своего пучка, чтобы обеспечивать нам подачу количества нейтронов в соответствии с тем графиком, который дадим мы.
Если ускоритель ошибётся и подаст меньше или больше нейтронов, то реактор либо встанет, либо, во втором случае, может случиться та самая реактивностная авария. Спасает то, что изменение графика подачи во времени будет медленным. Но всё равно в анализе безопасности появится авария с исходным событием "ускоритель сошёл с ума и выплеснул больше нейтронов, чем нужно".

5) Теперь можно пофантазировать. Источник 2e18 компенсирует недостачу 0,02 в kэфф. То есть, грубо 0,01 в kэфф соответствует 1e18 в источнике.
Проверим предположение. На сутки 2100 значение kэфф=0,9445, значение источника 6,84e18. Получим 6,84/(1-0,9445)/100 = 1,2e18/0,01kэфф.
Совпадение устраивает, для фантазий возьмём, что 0,01 в kэфф соответствует 1e18 в источнике.

6) Теперь вернёмся к среде из чистого урана-238. Предположим, что я не слишком ошибся в расчётах kэфф. Тогда при энергии нейтронов порядка 2 МэВ имеем kэфф=0,5 (грубо).
Соответственно, за счёт источника нам нужно скомпенсировать 0,5 в kэфф, чтобы сделать среду работающим реактором. То есть, нам потребуется источник 1e18*(0,5/0,01)=5e19 н/c.

Короче говоря, если среду из чистого урана-238 (ну или отвального урана) облучить потоком протонов с мощностью порядка 1e18 протонов в секунду, то такая среда внезапно превратится в реактор, будет давать энергию и нарабатывать плутоний А возможно ли получить такой пучок протонов?

7) Сказанное в п.6 касается энергий нейтронов порядка 2 МэВ. Но если энергию нейтронов увеличивать, то kэфф системы из 238U будет расти за счёт того, что растёт nu (число нейтронов на акт деления). При энергии нейтронов 10 МэВ у меня получился kэфф=0,95, а чтобы скомпенсировать такую недостачу, надо иметь всего лишь 5e18 пучок.
За значение 0,95 я совсем не уверен, расчёты даже хуже, чем на пальцах, но тенденция видна - растёт энергия нейтронов => требования к ускорителю снижаются.
Правда, после того, как нейтрон с энергией 10 МэВ поделит ядро 238U, родится nu нейтронов с энергией всего лишь 2 МэВ, и тут у меня ум за разум заходит.

P.S. Писание сие не претендует на серьёзность - так, аналог разгадывания кроссворда.

[VBVB]

ADS-системы - это не только и не столько "расфигаривание свинца"
В общем виде, это системы, в которых внешний ускоритель обеспечивает некоторую часть нейтронов. И это направление живое, хотя пока без практического внедрения.
Дают выигрыш в безопасности по сравнению с классическими реакторами (практически исключена реактивностная авария).

IMHO, в ближайшем будущем реальное применение ADS-систем - выжигание высокофонового энергетического плутония вкупе с америцием и кюрием в жидкосолевой среде и наработкой урана-233 из тория в бланкете. Т.е. классический подкритический выжигатель-утилизатор делящягося высокофонового го...на из ОЯТ высокого выгорания легководников.
Другие варианты ADS-систем по экономике не жизнесопособны.

Сообщение отредактировал VBVB - 10.3.2015, 15:06

[Dobryak]

Я, конечно, ни разу не спец в ускорителях, но, НЯЗ, сейчас 5-20МэВ/м - скорее обыденность.
Вот это -
http://web.ihep.su/library/pubs/aconf96/ps/c96-107.pdf
- предлагалось именно под источник нейтронов. 40МэВ/м.
Ой. SNS брать за образец несколько нечестно. У него свои, очень отдельные требования и своя, очень отдельная экономика.
Но даже в SNS "очищенный" ускоряющий градиент - 16МВ/м.
Тут согласимся.
Тут тоже.

В этом и проблема: условные "ядерщики" ждут от ADS слишком многого. Простая замена запаздывающих нейтронов на нейтроны ускорителя (ради повышения управляемости на быстрых нейтронах, к примеру) их (вас) почему-то не устраивает. А 10% нейтронов от ускорителя - это уж слишком дорого, тут без вариантов.
Отсюда и следует, что из-за этого разрыва сверхожиданий с практикой, ADS в обозримом будущем ничего не светит.
Скорее уж термояд для подсветки присобачат.

Но дело тут не в надёжности, а тупо в цене этого развлечения.

Линак SNS очень даже правильная точка отсчета. Его штатный режим --- усредненная мощность в 2 Мегаватта --- это я позволил себе фантазию в 10 Мегаватт. Ускоряющие клистроны на нем в теплой части на 2.5 МэВ, а в сверхпроводящей на 5 МэВ. Но от клистрона к клистрону много пустоты, которую надо заполнять фокусирующими квадруполями, иначе к ускорителю подойти будет невозможно. Так что километр на ГэВ это не от гигантомании, а из невозможности сегодня сделать короче.

Одна проблема, которая уже была в дискуссии подчеркнута. Линак в Ок-Ридже пашет на частоте плевков в 60 Гц. Их ртутные мишени работают в предельном по охлаждению мишени режиме. В реакторе пучок надо высаживать в активной зоне без того, чтобы ее расплавить. Те 10 Мегаватт в пучке, что я заявил в энтузиазме, локально для реактора очень много.

Сообщение отредактировал Dobryak - 10.3.2015, 18:16

[AtomInfo.Ru]

В реакторе пучок надо высаживать в активной зоне без того, чтобы ее расплавить.

Только он всё-таки не в саму зону попадает, а в некую мишень, к которой, соответственно, можно поставить отдельные требования по теплосъёму. Не исключено, что для мишени придётся делать свой контур охлаждения - это не совсем экзотика, такие решения есть на исследовательских реакторах.

[AtomInfo.Ru]

Только он всё-таки не в саму зону попадает, а в некую мишень, к которой, соответственно, можно поставить отдельные требования по теплосъёму. Не исключено, что для мишени придётся делать свой контур охлаждения - это не совсем экзотика, такие решения есть на исследовательских реакторах.

Кстати, потеря охлаждения мишени будет новой аварией, которую придётся тоже считать.
В частности, поэтому я и говорю - столько хлопот появляется, что для оправдания внедрения ADS нужно, как минимум, получить новое качество, недостижимое в классических реакторах. Чтобы овчинка стоила выделки.

[Татарин]

Одна проблема, которая уже была в дискуссии подчеркнута. Линак в Ок-Ридже пашет на частоте плевков в 60 Гц. Их ртутные мишени работают в предельном по охлаждению мишени режиме. В реакторе пучок надо высаживать в активной зоне без того, чтобы ее расплавить. Те 10 Мегаватт в пучке, что я заявил в энтузиазме, локально для реактора очень много.

Пучок относительно легко расфокусируется (соотвественно, если мы захотим, мы можем понизить плотность мощности на мишени на несколько десятичных порядков).
Для науки это не канает, им нужен точечный источник большой светимости (для задач SNS по меньшей мере). Его ж не последняя задача - нейтроннодиффракционный анализ.

А вот ADS выгоднее иметь распределённую по АЗ мишень.

[Dobryak]

Кстати, потеря охлаждения мишени будет новой аварией, которую придётся тоже считать.
В частности, поэтому я и говорю - столько хлопот появляется, что для оправдания внедрения ADS нужно, как минимум, получить новое качество, недостижимое в классических реакторах. Чтобы овчинка стоила выделки.

Если я чего-то не путаю, то чтобы избежать аксиальных неоднородностей нейтронных потоков, пучок надо запускать по оси реактора. Для ГэВ-ного ускорителя это требует поворота на Pi/2, т.е., поставить на дыбы четверть кольца ускорителя с радиусом под 20 метров.... Или же делать реактор лежачим, что вряд ли вызовет восторги реакторщиков. При вводе по оси реактора охлаждение тоже будет нетривиальным... В-общем, когда Господь Бог сочинял антропный принцип, то ADS профукал.

[AtomInfo.Ru]

Для ГэВ-ного ускорителя это требует поворота на Pi/2

Бельгийцы на Гунивере (предшественница MYRRHA) повернули пучок. И поставили ускоритель на второй этаж. Но ускоритель там небольшой, насколько понимаю.





http://atominfo.ru/news9/i0734.htm

[Dobryak]

Бельгийцы на Гунивере (предшественница MYRRHA) повернули пучок. И поставили ускоритель на второй этаж. Но ускоритель там небольшой, насколько понимаю.

У них дейтроны в 0.25 МэВ... --- такое повернуть элементарно. А мишень --- тритий в титановой матрице. Где-то должно быть, как японцы в Киото (?) сделали.

[AtomInfo.Ru]

Или же делать реактор лежачим

CANDU

[LAV48]

Правда, после того, как нейтрон с энергией 10 МэВ поделит ядро 238U, родится nu нейтронов с энергией всего лишь 2 МэВ, и тут у меня ум за разум заходит.

Ещё есть более интересный момент: какие будут энергии нейтронов сорванных "подсветкой" с осколков? Ведь чем меньше масса, тем меньше осядет энергии на ядре. Да и потом, если мы топливо нарабатываем это не значит, что оно не будет гореть (если это не циркулирующий бланкет), соответственно сохранность подкритики опять надо считать.

[AtomInfo.Ru]

Ещё есть более интересный момент: какие будут энергии нейтронов сорванных "подсветкой" с осколков? Ведь чем меньше масса, тем меньше осядет энергии на ядре. Да и потом, если мы топливо нарабатываем это не значит, что оно не будет гореть (если это не циркулирующий бланкет), соответственно сохранность подкритики опять надо считать.

Ссылку на расчёт бенчмарка выше по ветке посмотрите. Там как раз есть расчёт подкритичности от времени и т.п.