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

[AtomInfo.Ru]

Первое мнение.

Думаю, пятое поколение - это реакторы без людей. Но для их появления должен произойти качественный скачок с точки зрения управления. Понятно, что установки пятого поколения должны обладать сильными отрицательными обратными связями для компенсации нежелательных отклонений. Управление такими реакторами будет основано на ясных, понятных технологиях и должно быть робастным.

Таким образом, автоматизация на реакторах пятого поколения станет максимальной, а влияние человеческого фактора на безопасность АЭС сведётся, наоборот, к минимуму.

http://atominfo.ru/newsq/x0130.htm

[AtomInfo.Ru]

Тузов говорит об отрицательных связях, компенсирующих любое нежелательное отклонение.
В любую сторону.

Пример. В ВВЭР отрицательные температурные эффекты. Топливо нагреется => реактивность упадёт. И это хорошо.
Но это же означает, что топливо остынет => реактивность вырастет. А вот это уже, на самом деле, потенциально плохо.
В реакторе пятого поколения при любом изменении температуры реактивность должна возвращаться к нулю.

Но при этом обратные связи должны существовать, и они не должны быть нулевыми.
Контрпример - реактор с нулевым коэффициентом реактивности по температуре топлива не заметит, что температура топлива у него растёт, и это кончится тем, что топливо расплавится.

[AtomInfo.Ru]

Оговорочка про "нежелательные" отклонения - она не на пустом месте, со студенческой скамьи она должна быть известна.

Сделав реактор, который будет сопротивляться любому изменению параметров в любую сторону, мы очень быстро с удивлением поймём, что им невозможно управлять.
Например, он будет отчаянно и успешно сопротивляться попытке вывести его на мощность
В общем, "умную бомбу не получилось выпихнуть из самолёта".

Поэтому парировать нужно только те отклонения, которые нам не нужны. А вот те отклонения параметров, которые нам нужны, должны отрабатывать без большого сопротивления.

[Ultranauth]

Первое мнение.
http://atominfo.ru/newsq/x0130.htm

А разве человеческий фактор в оперативном управлении реактором не исключен и сегодня? Люди на БЩУ и вообще на АЭС в целом разве не для гибких и нестандартных подходов (не считая просто дешевизну человеческого труда, что будет меняться с годами)?

[AtomInfo.Ru]

А разве человеческий фактор в оперативном управлении реактором не исключен и сегодня? Люди на БЩУ и вообще на АЭС в целом разве не для гибких и нестандартных подходов (не считая просто дешевизну человеческого труда, что будет меняться с годами)?

Может, они, конечно, по бумагам гибкие и нестандартные, но как посмотришь, сколько комиссии списывают на чел.фактор при инцидентах...
Нет, тут речь шла о полном (или почти полном) удалении человека с АЭС.

[AtomInfo.Ru]

Вообще, если подумать, то, прежде чем говорить о полной автоматизации, нужно убрать опасности остаточного энерговыделения (Фукусима).

Причём тогда уже убирать не подставлением новых кастроюлек и тазиков, а как-нибудь радикально.

Совсем радикальным методом была бы возможность резко увеличить периоды полураспадов продуктов, т.е. снизить их активность и выделение энергии в единицу времени. Но такого метода наука не предлагает (пока?).

В рамках того, что не противоречит современным научным познаниям, можно было бы поставить рядом с реактором мощный трансмутатор (скорее всего, ускоритель), чтобы он "пристрелил" топливо при аварии, разрушил изотопы, дающие основной вклад в остаточное энерговыделение.
На ехидный вопрос конструктора "И на чём вы ускоритель запустите, когда света нет?" мы гордо ответим, что у нас пятое поколение, поэтому трансмутатор запускается от никелевой батарейки
Но даже если теоретически необходимую систему ядерных реакций удастся нарисовать, всё равно технически получится такой монстр, что проще будет по старинке, кастрюльками.

Интересные возможности в этом плане дают жидкотопливные реакторы.
Да, про них говорят, что в них топливо исходно пребывает в состоянии ЗПА, ибо расплавлено.
Но в этом утверждении есть лукавство - топливо-то практически свежее, потому что мы поставим фильтры и будем его чистить от осколков в режиме онлайн.

Соответственно, на площадке обрубаются все источники питания, мы спокойно сливаем автоматически топливо в какую-нибудь резервную ёмкость и не паримся, потому что оно мало чем отличается от свежего уранового раствора.
Но есть засада. Удаляемые осколки хранятся явно где-то рядом и продолжают тепловыделять.
В общем, Фукусима из реактора переместится в хранилище удалённых продуктов деления, то есть, никуда не денется.

Тогда было бы логично сделать реактор такой, чтобы он вообще не почувствовал, что теплоноситель более не циркулирует.
Значит, уберём теплоноситель вообще.
Тепло от активной зоны отводится теплопроводностью, в самой зоне ничего не циркулирует.

Но куда оно отводится? В рабочее тело второго контура.
А у нас фукусимская авария, рабочее тело более не циркулирует. Начинает кипеть, и всё такое.
Конечно, второй контур не активный.
Можно мобилизовать местное население, армию и полицию, чтобы они подливали в него водичку из кастрюлек. Опять появляются кастрюльки, а это плохо.

А если сделать второй контур при тяжёлой аварии неограниченным по объёму и заполняемым чем-либо?
Например, водой. Например, морской водой.
Тогда вырисовывается следующая концепция.

Реакторная установка пребывает на дне морском. Тепло от зоны убирается теплопроводностью и далее вторым контуром на турбину.
При аварии распахиваются люки и установка спокойно заливается морской водой. Полностью, кроме собственно зоны.
Активная зона теплопроводностью кипятит мировой океан (флаг ей в руки и барабан на шею!), осколки надёжно изолированы в твёрдой матрице активной зоны.
Наши маленькие зелёные друзья пишут пятьдесят постов в блогосфере про то, что мы все умрём, но этим последствия аварии для населения и ограничиваются.
Потом приходит ремонтное судно, и всё. Либо ремонт, либо утилизация.

Хм-м...

[Syndroma]

Мне кажется, то, что вы описали — это какая-то отдельная ветка ядерных технологий. Если такие установки возможны, то зачем мы строим кипятильники на суше?

Интеллектуальные системы управления хороши тем, что обещают качественно иной уровень безопасности при всё тех же базовых принципах и угрозах. Что мы видим при тяжёлых авариях? Потеря общей картины происходящего на длительное время. Операторы/штабы собирают крупицы информации из разрозненных источников, при этом у них часто отсутствует возможность просто сходить и посмотреть на то или иное устройство. Искусственный интеллект должен видеть всё, слышать всё, а если что-то происходит, то должны быть исполнительные механизмы, способные хоть в зону залезть посмотреть, хоть под корпусом проползти и открыть какой-нибудь клапан. Ограничения, накладываемые человеческим телом, делают нас бесполезными в такой ситуации. А адекватную замену себе мы пока так и не предложили.

[AtomInfo.Ru]

Мне кажется, то, что вы описали — это какая-то отдельная ветка ядерных технологий.

Угу. Пятое поколение о котором мы пока вообще ничего не можем сказать определённого.

Если такие установки возможны, то зачем мы строим кипятильники на суше?

Проекты подводных станций есть и у нас, и у французов.
Ещё вернее сказать, они могут быть у любой страны, умеющей строить АПЛ.

В отводе тепла теплопроводностью тоже ничего нового, такие проекты рассматривались, например, для космоса.

Вообще же про пятое поколение сейчас можно свободно фантазировать, каким оно может быть.

[Дед Мороз]

Почитал я вот это всё и сделал вывод: солнце и ветер победят.

[AtomInfo.Ru]

Почитал я вот это всё и сделал вывод: солнце и ветер победят.

У солнца есть шанс на полную победу. Сфера Дайсона

На самом деле, не важно, кто победит, если мы полностью проиграем. А мы точно проиграем, если будем сидеть на месте и жить на старых разработках.

[Syndroma]

Угу. Пятое поколение

Это скорее первое поколение какой-то другой энергетики.

Предельно упрощать всё — это, конечно, хорошо, если это возможно. Но есть и другой путь — усложнить всё настолько, что пользоваться этим будет очень просто. Вокруг нас полно таких систем. Прежде всего, сам человек. Пользоваться просто, но если что-то внутри сломается, то часто починить невозможно. То же самое, например, с процессорами.

Не нужно бояться сложности как таковой. Просто нужно её правильно организовывать.

[AtomInfo.Ru]

Прежде всего, сам человек. Пользоваться просто, но если что-то внутри сломается, то часто починить невозможно.

Это да, но есть проблема.
Сломавшийся человек не заставляет население в радиусе 30 км навечно эвакуироваться.

А так, идея дешёвого аппарата, который проще утилизировать и заменить, чем чинить, вполне может быть жизнеспособной.
Но риск, связанный с двумя фундаментальными недостатками ядерных реакторов (запас реактивности и остаточное энерговыделение) всё-таки хотелось бы убрать.
Тогда поломка аппарата будет восприниматься как обычный сбой обычной техники.

[asv363]

У солнца есть шанс на полную победу. Сфера Дайсона

На самом деле, не важно, кто победит, если мы полностью проиграем. А мы точно проиграем, если будем сидеть на месте и жить на старых разработках.

Вы правы, у Солнца есть шанс на полную победу. Раньше были учебники в которых писалось, что приблизительно через 4-5 млрд. лет Солнце превратится в звезду типа Красного гиганта, расширившись при этом до орбиты Марса.

За это время нам и надо решить вопрос, полагаю. Впрочем, "Жаль только жить в эту пору прекрасную не доведется ни мне ни тебе".

А если говорить серьёзно, то полная автоматизация недостижима.

[Syndroma]

Но риск, связанный с двумя фундаментальными недостатками ядерных реакторов (запас реактивности и остаточное энерговыделение) всё-таки хотелось бы убрать.

Онлайн иммобилизация? С одной стороны в энергоблок загружаем природный уран, с другой вылезает радиоактивное стекло.

[AtomInfo.Ru]

Онлайн иммобилизация? С одной стороны в энергоблок загружаем природный уран, с другой вылезает радиоактивное стекло.

ЖТРы к этому варианту могут быть близки.

Отвод продуктов в них предусматривается, как правило.
Соответственно, поставим в контур очистки от продуктов установку по их утилизации тем или иным способом - вот оно и выходит.
Проблема, как я уже говорил - они продолжают греться. Неважно, что они теперь стали твёрдые.

Соответственно, либо фукусимская авария повторяется теперь с расплавлением осколков деления, либо мы складируем их на дно ближайшего (большого) водоёма, либо (если воздушное охлаждение) занимаем большой земельный участок для их хранения до вывоза.
Не очень удачно пока это выглядит.

Причём есть такой нюанс. Основная активность, из-за которой производится эвакуация - она связана как раз с осколками.
Если мы вынимаем осколки из реактора, мы теряем барьеры безопасности и т.д. и т.п., и нам для хранения извлечённых осколков придётся сильно напрячься. Может выйти очень дорого.

Поэтому всё-таки вариант, когда осколки находятся на своём месте внутри активной зоны - он интуитивно лучше.

[Обнинский]

Но риск, связанный с двумя фундаментальными недостатками ядерных реакторов (запас реактивности

ADS.

[Обнинский]

Реакторы пятого поколения могут производить не энергию, а энергоносители. Изотопы для ритэгов или батареек.

[AtomInfo.Ru]

Реакторы пятого поколения могут производить не энергию, а энергоносители. Изотопы для ритэгов или батареек.

Ага, а топливо для реакторов будут делать термоядерные установки, тоже неэнергетические (ТИНы).

Не, не прокатит. Всё тепло из реактора будет уходить на обогрев атмосферы. Нехороший вариант.

Вот закладывать изотопные возможности ещё на стадии проекта, чтобы не вписываться в живой проект со своими мишенями, как сейчас - это было бы разумно.

[Syndroma]

Напомните, а в бассейне выдержки Фукусимы 4 нашли повреждённое топливо?