Концепція реактору з хвилею ядерного горіння та теоретичні підходи, які її описують
Анотація
Після двох великих аварій на атомних електростанціях у Чорнобилі (1986) та Фукусімі (2011) однією з головних вимог до ядерної енергетики стало забезпечення безпеки як діючих, так і нових реакторів четвертого покоління, що розроблюються зараз. Однією з таких вимог є наявність механізму «внутрішньої безпеки», який робить неконтрольований розгін реактора неможливим ні при яких обставинах, причому, втілення такого механізму повинно бути забезпечене на рівні фізичних принципів, які закладені в конструкцію реактора. Наступною важливою проблемою ядерної енергетики є необхідність переходу на широкомасштабне використання реакторів-бридерів на швидких нейтронах, за допомогою яких можливо налаштувати розширене виробництво ядерного палива і, таким чином, вирішити проблему забезпечення людства відносно дешевою енергією на тисячі років. Крім того, не вирішеною на сьогодні проблемою є утилізація відпрацьованого ядерного палива, в складі якого є радіонукліди з великим періодом напіврозпаду, що становить довгострокову екологічну загрозу. Однією з перспективних концепцій реактора-бридера на швидких нейтронах, який здатен, у випадку реалізації, частково або навіть повністю вирішити проблеми ядерної енергетики, які були наведені вище, є реактор, що працює в режимі хвилі ядерного горіння, також відомий під назвами «Реактор на рухомій хвилі», CANDLE і деякими іншими. У цій роботі представлений короткий огляд основних теоретичних підходів, які використовуються для опису такого фізичного явища, як хвиля повільного ядерного горіння (дефлаграція) у середовищі, що мультиплікує нейтрони, яке початково складається з фертильного матеріалу урану-238 або торію-232. Проведений порівняльний аналіз можливостей різноманітних математичних моделей для опису цього явища, які побудовані як на детерміністичному підході (тобто розв’язанні рівняння транспорту нейтронів), так і моделей з використанням метода Монте-Карло. Обговорюються основні переваги швидкого реактора-бридера, що працює в режимі хвилі ядерного горіння, а також проблеми, які пов’язані з практичним втіленням концепції, яка розглядається.
Завантаження
Посилання
S.M. Feinberg, in Record of Proceedings: Session B-10, Int. Conf. on the Peaceful Uses for Atomic Energy. (Geneva, Switzerland: United Nations, 1958), 9(2), 447.
L.P. Feoktistov, Preprint IAE-4605/4. IAE, Moscow, (1988).
L.P. Feoktistov, Dokl. Akad. Nauk SSSR, 309, 864 (1989).
V. Pilipenko, D. Belozorov, L. Davydov, N. Shul'ga, in CD: Proceedings of ICAPP 03, (Cordoba, Spain, May 4-7, 2003), Paper 3169.
E. Teller, M. Ishikawa, L. Wood, et al. In: Int. Conf. on Emerging Nuclear Energy Systems, 1 (1996).
E. Teller, Preprint UCRL-JC-129547, LLNL, Livermore, CA, USA (1997).
H. Sekimoto, K. Ryu, Y. Yoshimura, Nuclear Science and Engineering. 139, 306–317 (2001), https://doi.org/10.13182/NSE01-01.
H. Sekimoto, Light a CANDLE: New Burnup Strategy, (Tokyo Institute of Technology, Tokyo, 2005).
V.Ya. Goldin and D. Yu. Anistratov, Mathematical Modelling, 7, 12 (1995).
V.Ya. Goldin, N.V. Sosnin, Yu.V. Troshchiev, Dokl. Ros. Acad. Nauk., 358, 747-748 (1998). (in Russian).
Hugo van Dam, Annals of Nuclear Energy, 27, 1505 (2000), https://doi.org/10.1016/S0306-4549(00)00035-9.
Hugo van Dam, Annals of Nuclear Energy, 30, 1495–1504 (2003), https://doi.org/10.1016/S0306-4549(03)00098-7.
X.-N. Chen, and W. Maschek, Annals of Nuclear Energy, 32, 1377-1390 (2005). https://doi.org/10.1016/j.anucene.2005.01.012.
X.-N. Chen, E. Kiefhaber, and W. Maschek, Progress in Nuclear Energy. 50, 219-224 (2008). https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2007.11.064.
V.M. Khotyayintsev, V.M. Pavlovych, and O.M. Khotyayintseva, In: Proceeding of Int. Conf. "Advances in Reactor Physics to Power the Nuclear Renaissance" (PHYSOR 2010), (Pittsburgh, PA, USA, 9–14 May 2010).
V.M. Khotyayintsev, A.V. Aksonov, O.M. Khotyayintseva, V.M. Pavlovych. V. Gulik, and A.H. Tkaczyk, Annals of Nuclear Energy. 85C, 337 – 345 (2015). https://doi.org/10.1016/j.anucene.2015.04.044.
S. Fomin, Yu. Mel’nik, V. Pilipenko, and N. Shul’ga, Annals of Nuclear Energy. 32, 1435 (2005).
https://doi.org/10.1016/j.anucene.2005.04.001.
S. Fomin, Yu. Mel’nik, V. Pilipenko and N. Shul’ga, In: Nuclear Science and Safety in Europe, p. 239, Springer, the Netherlands (2006), https://doi.org/10.1007/978-1-4020-4965-1_20.
S. Fomin, Yu. Mel’nik, V. Pilipenko and N. Shul’ga, Problems of Atomic Science and Technology. Series: Nuclear Physics Investigations. 3, 156 (2007), https://vant.kipt.kharkov.ua/TABFRAME_poisk_c.html
S. Fomin, Yu. Mel’nik, V. Pilipenko and N. Shul’ga, Progress in Nuclear Energy. 50, 163 (2008), https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2007.10.020.
S.P. Fomin, A.S. Fomin, Yu.P. Mel’nik, V.V. Pilipenko, N.F. Shul’ga, In CD: Proc. of 1st Int. Conf. “Global 2009” (Paris, France, 2009), Paper 9456.
S.P. Fomin, O.S Fomin., Yu.P. Mel’nik, V.V. Pilipenko, N.F. Shul’ga, Progress in Nuclear Energy. 53, 800–805 (2011). https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2011.05.004.
O.S. Fomin, S.P. Fomin, Yu.P. Mel’nik, V.V. Pilipenko, and N.F. Shul’ga, Journal of Kharkiv National University, physical series «Nuclei, Particles, Fields», 58(2), 49–56 (2013), https://periodicals.karazin.ua/eejp/article/view/13512.
S.P. Fomin, A.S. Fomin, Yu.P. Mel’nik, V.V. Pilipenko, N.F. Shul’ga, in: Topical Issues in Fast Reactors and Related Fuel Cycles, (Proc. Conf. FR-13, Paris, 2013), IAEA, Vienna, 2014, Contributed Paper IAEA-CN-199-457, 10 p., http://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/SupplementaryMaterials/P1665CD/Track3_Safety.pdf.
O.S. Fomin, S.P. Fomin, Yu.P. Mel’nik, V.V. Pilipenko, N.F. Shul’ga, in: Proc. of Int. Conf. “Global 2015” (Paris, France, 2015), Paper 5254.
L.P. Abagyan, N.O. Bazazjanc, I.I. Bondarenko, and M.N. Nikolaev, Group Constants for Calculations of Reactor and Shielding, (Energoizdat, Moscow, 1981) pp. 231. (in Russian).
I.I. Bondarenko, et al. Group Constants for Nuclear Reactor Calculations. (Consultants Bureau Inc., New York, 1964).
Yu.Y. Leleko, V.V. Gann, A.V. Gann, Problems of Atomic Science and Technology. 2 (108), 138-143 (2017).
Yu.Y. Leleko, V.V. Gann, A.V. Gann, Problems of Atomic Science and Technology. 5 (123), 18-24 (2019).
J. Gilleland, R. Petroski, and K. Weaver, Engineering, 2, 88–96 (2016), https://doi.org/10.1016/J.ENG.2016.01.024.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
