مفاعل سريع بتبريد الصوديوم

مفاعل سريع بتبريد الصوديوم(SFR) هو مشروع مفاعل من الجيل الرابع لتصميم مفاعل نيوتروني سريع متقدم. حيث يعتمد على مشروعين متصلين ومرتبطين مع بعضهم وهم مفاعل المولد السريع والمفاعل السريع المتكامل بهدف إنتاج مفاعل سريع الطيف ومبرّد بالصوديوم.^[1]

دورة الوقود

تستخدم دورة الوقود النووي دورة كاملة من الأكتينيدات مع خيارين رئيسيين:

مفاعل تبريد متوسط الحجم (150-600 Mwe) مبرد بالصوديوم مع وقود سبيكة اليورانيوم - بلوتونيوم - ثانوي أكتينيد - زركونيوم مدعومًا بدورة وقود قائمة على إعادة المعالجة الحرارية في المرافق المتكاملة مع المفاعل.^[2]
مفاعل متوسط إلى كبير (500-1500 ميجاوات) مبرد بالصوديوم مع وقود مختلط من أكسيد اليورانيوم - البلوتونيوم مدعوم بدورة وقود تعتمد على معالجة مائية متقدمة في موقع مركزي تخدم عدد من المفاعلات.^[3]

الصوديوم كمبرد

رسم تخطيطي يوضح الفرق بين تصميمات الحلقة والحوض لمفاعل المولد السريع المعدني

يمكن استخدام الصوديوم المعدني السائل كمبرد وحيد يحمل الحرارة من قلب المفاعل حيث يحتوي الصوديوم على نظير واحد ثابت (صوديوم 23) حيث ان الصوديوم 23 يقوم بامتصاص ضعيف جدا من النيوترونات فعندما تمتص النيوترون فإنها تنتج الصوديوم 24 الذي يبلغ عمر نصفه 15 ساعة ويتحلل إلى المغنيسيوم 24.^[4]

المزايا

رسم تخطيطي يوضح الفرق بين تصميمات الحلقة والحوض لمفاعل المولد السريع المعدني تتمثل ميزة مبردات المعادن السائلة في أنه على الرغم من الحرارة المنخفضة الا انه يذوب الصوديوم عند 371 كيلوبايت ويتبخر عند 1156 كيلوجرام مما يتيح نطاق «درجة حرارة متقطعة» إجمالية يبلغ 785 كيلوفولتر من تغير الحرارة بين الحالات الصلبة أو المجمدة والغازية أو البخارية مما يسمح بامتصاص الصوديوم.^[5]

العيوب

من عيوب الصوديوم تفاعله الكيميائي الذي يتطلب احتياطات خاصة لمنع الحرائق. حيث إذا كان الصوديوم يتلامس مع الماء فإنه ينفجر ويحترق عندما يلامس الهواء.^[6]

الأهداف

يجب ألا تتجاوز درجة حرارة التشغيل درجة حرارة انصهار الوقود. حيث يجب تصميم التفاعل الكيميائي من وقود إلى غلاف وهو ذوبان سهل الانصهار بين الوقود. حيث تشمل ميزات السلامة الهامة للنظام وقت استجابة حراري طويل وهامش كبير لمغلي المبرد ونظام أولي يعمل بالقرب من الضغط الجوي ونظام صوديوم وسيط بين الصوديوم المشع في النظام الأساسي والماء والبخار في محطة الطاقة. مع الابتكارات لتقليل التكلفة الرأسمالية مثل صنع تصميم معياري وإزالة حلقة أساسية ودمج المضخة والمبدل الحراري المتوسط أو ببساطة العثور على مواد أفضل للبناء يمكن أن يكون تقنية قابلة للتطبيق لتوليد الكهرباء.^[7]^[8]

مفاعلات

مراجع

^ Fanning, Thomas H. (May 3, 2007). "Sodium as a Fast Reactor Coolant" (PDF). Topical Seminar Series on Sodium Fast Reactors. Nuclear Engineering Division, U.S. Nuclear Regulatory Commission, U.S. Department of Energy. Archived from the original (PDF) on January 13, 2013.
^ Bonin, Bernhard; Klein, Etienne (2012). Le nucléaire expliqué par des physiciens.
^ Martin, Richard (2015-10-21). "TerraPower Quietly Explores New Nuclear Reactor Strategy". Technology Review. Retrieved 2016-12-23. "The problem with sodium is that it has been pretty much impossible to prevent leaks," says nuclear physicist M.V. Ramana, a lecturer at Princeton University’s Program on Science and Global Security and the Nuclear Futures Laboratory.
^ Bays SE, Ferrer RM, Pope MA, Forget B (February 2008). "Neutronic Assessment of Transmutation Target Compositions in Heterogeneous Sodium Fast Reactor Geometries" (PDF). Idaho National Laboratory, U.S. Department of Energy. INL/EXT-07-13643 Rev. 1. Archived from the original (PDF) on 2012-02-12.
^ Plus radium (element 88). While actually a sub-actinide, it immediately precedes actinium (89) and follows a three-element gap of instability after polonium (84) where no nuclides have half-lives of at least four years (the longest-lived nuclide in the gap is radon-222 with a half life of less than four days). Radium's longest lived isotope, at 1,600 years, thus merits the element's inclusion here.
^ Specifically from thermal neutron fission of U-235, e.g. in a typical nuclear reactor.
^ ilsted, J.; Friedman, A. M.; Stevens, C. M. (1965). "The alpha half-life of berkelium-247; a new long-lived isomer of berkelium-248". Nuclear Physics. 71 (2): 299. Bibcode:1965NucPh..71..299M. doi:10.1016/0029-5582(65)90719-4. "The isotopic analyses disclosed a species of mass 248 in constant abundance in three samples analysed over a period of about 10 months. This was ascribed to an isomer of Bk248 with a half-life greater than 9 y. No growth of Cf248 was detected, and a lower limit for the β− half-life can be set at about 104 y. No alpha activity attributable to the new isomer has been detected; the alpha half-life is probably greater than 300 y."
^ This is the heaviest nuclide with a half-life of at least four years before the "Sea of Instability".

[1] Fanning, Thomas H. (May 3, 2007). "Sodium as a Fast Reactor Coolant" (PDF). Topical Seminar Series on Sodium Fast Reactors. Nuclear Engineering Division, U.S. Nuclear Regulatory Commission, U.S. Department of Energy. Archived from the original (PDF) on January 13, 2013.

[2] Bonin, Bernhard; Klein, Etienne (2012). Le nucléaire expliqué par des physiciens.

[3] Martin, Richard (2015-10-21). "TerraPower Quietly Explores New Nuclear Reactor Strategy". Technology Review. Retrieved 2016-12-23. "The problem with sodium is that it has been pretty much impossible to prevent leaks," says nuclear physicist M.V. Ramana, a lecturer at Princeton University’s Program on Science and Global Security and the Nuclear Futures Laboratory.

[4] Bays SE, Ferrer RM, Pope MA, Forget B (February 2008). "Neutronic Assessment of Transmutation Target Compositions in Heterogeneous Sodium Fast Reactor Geometries" (PDF). Idaho National Laboratory, U.S. Department of Energy. INL/EXT-07-13643 Rev. 1. Archived from the original (PDF) on 2012-02-12.

[5] Plus radium (element 88). While actually a sub-actinide, it immediately precedes actinium (89) and follows a three-element gap of instability after polonium (84) where no nuclides have half-lives of at least four years (the longest-lived nuclide in the gap is radon-222 with a half life of less than four days). Radium's longest lived isotope, at 1,600 years, thus merits the element's inclusion here.

[6] Specifically from thermal neutron fission of U-235, e.g. in a typical nuclear reactor.

[7] sted, J.; Friedman, A. M.; Stevens, C. M. (1965). "The alpha half-life of berkelium-247; a new long-lived isomer of berkelium-248". Nuclear Physics. 71 (2): 299. Bibcode:1965NucPh..71..299M. doi:10.1016/0029-5582(65)90719-4. "The isotopic analyses disclosed a species of mass 248 in constant abundance in three samples analysed over a period of about 10 months. This was ascribed to an isomer of Bk248 with a half-life greater than 9 y. No growth of Cf248 was detected, and a lower limit for the β− half-life can be set at about 104 y. No alpha activity attributable to the new isomer has been detected; the alpha half-life is probably greater than 300 y."

[8] This is the heaviest nuclide with a half-life of at least four years before the "Sea of Instability".

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]