A gyors tenyésztő vagy lehetséges tenyésztés a nukleáris reaktor azon képessége , hogy több hasadó izotópot állítson elő, mint amennyit a termékeny izotópok hasadó izotópjának transzmutálásakor elfogyaszt .
Az egyetlen hasadó izotóp, amely a Föld természeti erőforrásaként elérhető, az urán 235 , amely közvetlenül felhasználható a nukleáris üzemanyag-ciklusban . A tenyésztés elméletileg lehetővé teszi az összes olyan termékeny anyag nukleáris üzemanyagként történő felhasználását, mint például a 238- as urán , amely a természetes urán több mint 99% -át képviseli , és a tórium , amely maga is háromszor nagyobb mennyiségű, mint az urán.
A tenyésztő koncepcióját az atomenergia kezdetektől fogva fejlesztették ki . Az Egyesült Államokban , Enrico Fermi javaslatot tett az tenyésztő 1945-ben és 1946-ban a kis amerikai gyors reaktor Clementine (hűtött higany ) épült. 1951-ben, az első nukleáris reakció az első amerikai nátrium- lehűtjük reaktorban , Experimental tenyésztőreaktor I (EBR1), került sor. A francia , az építési Rapsodie (20 MW termikus) indult a Cadarache központ 1959-ben, és ez a reaktor termelt az első nukleáris reakció 1967 Ugyanakkor, egy másik Rachel nemesítő épült a CEA központ Valduc és elkezdett 1961-ben.
Franciaországban a túlnyomásos vizű reaktorok (PWR) flottájának eredetileg az volt a célja, hogy elegendő mennyiségű plutóniumot állítson össze a gyors neutronreaktorok (RNR) tenyésztő reaktorok flottájának elindításához . Az akkor kialakult szektor a nátriumhűtéses reaktoroké volt, mint például a Phénix és a Rapsodie , majd a Superphénix kísérleti reaktorok .
Az Egyesült Államokban 1977 és 1982 között a Shippingport kis teljesítményű termikus spektrumú amerikai kísérleti reaktora a kiterjedt moderálás optimalizálásának és az urán-233 / tórium üzemanyagnak köszönhetően több mint 100% -os túlregenerációs sebességet ért el .
A fejlesztés a gyors tenyésztő szektor akadályozza a csernobili nukleáris katasztrófa és a olaj ellen-sokk a 1986 . Az olasz FNR projektet az összes olasz atomerőművel együtt az atomenergiáról szóló 1987-es itáliai népszavazás leállította, és a német Kalkar tenyésztő projektet 1991-ben végleg felhagyták.
Japánban elindították a monju üzem prototípusát , amely a fukui prefektúrában , Tsurugában található , MOX üzemanyaggal működő és nátriummal hűtött tenyésztő üzem , amely három hűtőkörből áll.1994. április 5, majd megállt 1995. decembera szekunder hűtőrendszer nátriumszivárgása és tűz miatt Az előzetes teszteket 2010 májusában indították újra azzal a céllal, hogy az üzemet 2013-ban újraindítsák.
Az 1985-ben üzembe helyezett Superphénix francia prototípus 11 év alatt csak 53 hónapig működött, mert két esemény (az egyik a hordóhoz, a másik a két membránhoz sorban.) Után számos leállításon esett át egy kiegészítő kompresszorán. argon áramkör), valamint politikai és közigazgatási blokádok (54 hónap 1990 és 1994 között). A Superphénixet 1996 végén állították le, majd a Lionel Jospin-kormány 1997-ben úgy döntött, hogy véglegesen leállítja, ami intenzív vitát váltott ki egy ilyen nukleáris létesítmény felújításáról. Jelentés szerint a bizottság az energiapolitika Franciaország , az ítélet egy komoly döntést hozott, konzultáció nélkül választói bázis (közötti megállapodást követően a politikai párt , a Zöldek és a kormány szocialista ) és jelentős költségek terhelik Az EDF- nek finanszíroznia kell a Superphénix leállítását és kárpótlást kell nyújtania partnereinek. A 2000-es évektől kezdve a Superphénixről folytatott vita megingott, a sajtó aztán megelégedett azzal, hogy új technikákat jelentett be az oldalról.
A nukleáris ipar szereplőit érdekli ez a koncepció, és megpróbálnak válaszolni az uránkészletek kimerülésére, miközben azt állítják, hogy megfelelnek a fenntartható fejlődés célkitűzéseinek .
Az Egyesült Államok által 2000-ben indított IV. Generációs nemzetközi fórum széles körben népszerűsíti a tenyésztő szektort a 6-ból 4 fogalommal:
Oroszországban a belojarszki atomerőmű BN-800 gyors neutronreaktorát csatlakoztatták a hálózathoz. Az üzemnek már volt egy első prototípusa: az 1980-ban üzembe helyezett BN-600 reaktort nátriummal, de dúsított urán- oxidon alapuló üzemanyaggal hűtötték .
Kínában a CEFR ( China Experimental Fast Reactor ) prototípust 2011-ben csatlakoztatták a hálózathoz. Ezen tapasztalatok alapján a CFR-600 (China Fast Reactor-600) projekt, a kínai neutronipar fejlesztési programjának második szakasza gyors, nátriummal hűtik, 1500 MW th hőteljesítménnyel és 600 MW e villamos teljesítménnyel ; beindítását 2023-ra tervezik.
Egy hagyományos nyomottvizes reaktor , mintegy kétharmada a hasadási energia ami közvetlenül a hasadási a urán 235 ( 235 U), míg egy harmada származik a hasadási a plutónium 239 ( 239 Pu). Ez az elem , amely kezdetben nincs jelen az urán-oxidból (UOX) álló nukleáris üzemanyagban , akkor keletkezik a reaktor magjában, amikor a termékeny 238 urán egy magja megfog egy neutront . Az urán 238 válik urán 239 , amely viszont átalakul, két β - bomlások , figyelembe neptunium 239 , majd a plutónium 239 , ami hasadó .
A hasadó magok termékeny magokból történő előállítása a tenyésztés elve. Az atomreaktor akkor tenyész, ha képes annyi vagy több hasadó anyagot előállítani, amennyit elfogyaszt. Más szavakkal, az előállított hasadó nuklidok és a megsemmisült hasadó nuklidok számának egy adott időintervallumhoz viszonyított arányának nagyobbnak kell lennie, mint 1.
Ehhez termékeny takarókat visznek be a reaktorba a neutronfluxus lebonyolítása érdekében. Ennek a lépésnek a nehézsége abban rejlik, hogy a hasadással történő neutrontermelésnek elegendőnek kell lennie mind a láncreakció fenntartásához, mind a termékeny anyagok besugárzásához. Ezt a korlátot leküzdik a neutronok, különösen a moderátor és a hűtőfolyadék steril befogásának csökkentésével .
A nátriumhűtésű gyors neutronreaktorok ( Superphénix típusú ) esetében alkalmazott technológiai megoldás a moderátor kiküszöböléséből, és ezért gyors spektrum alkalmazásából áll. Az urán 238 / plutónium 239 transzformáció használata annál is indokoltabb, mivel hatékonyabb a gyors spektrumban.
A reaktorban végzett besugárzás után a tüzelőanyag és a termékeny takarók újrafeldolgozása lehetővé teszi a reaktorban keletkező hasadóanyagok visszanyerését új üzemanyag előállítása céljából.
Egy másik elképzelhető ciklus a tórium 232 / urán 233 (különösen az olvadt sóreaktorokban). A legnagyobb nehézség abból adódik, hogy az urán 233 nem létezik természetes állapotában, ezért azt előzetesen elő kell állítani, amit évek óta elérnek a plutóniummal. Ez a ciklus nagyon érdekli Indiát, amelynek nagy a tóriumkészlete . Ilyen tartalékok nagy mennyiségben léteznek Bretagne-ban is.
Kar | 238 U / 239 Pu hőspektrumban | 238 U / 239 Pu gyors spektrumban | 232 Th / 233 U hőspektrumban |
---|---|---|---|
Átlagos termelés hasadásonként | 3 neutron | 3 neutron | 2,5 neutron |
A reakció fenntartása | 1 neutronhasadás a 239 Pu | 1 neutronhasadás a 239 Pu | 1 neutronhasadás a 233 U-ban |
Steril befogás | 0,6-ot a 239 Pu | 0,3-at elfogta a 239 Pu | 0,1 U vagy Pu által elfoglalt |
Ragadja meg a hasadó anyagot | 1,6 rögzítve 238 U-n | 1,3 rögzítve 238 U-n | 1,1 elfogott 232 Th-ből |
Minimális neutronmérleg | 3,2> 3 | 2,6 <3 | 2,2 <2,5 |
Túltermelés | regeneráció nem lehetséges | regeneráció lehetséges | regeneráció lehetséges |
Kétféle tenyésztőreaktor javasolt:
A tenyésztés célja az ásványi erőforrások felhasználása, amelyek jóval nagyobb mennyiségben fordulnak elő (gyakran 50–100 tényezőt vetnek fel), mint a jelenleg használtak. Másrészt a tenyésztés elsajátítása összetettebb.
Ez abból áll, hogy a 238 uránt (amely az uránérc 99,28% -át és szinte kizárólag szegényített uránt teszi ki ) plutóniummá 239 átalakítja , miközben hőt termel. A szegényített urán készleteit a világon 4,7 millió tonnára becsülik (2005), ebből 300 000 tonna Franciaországban található. A jelenlegi ütemben több ezer éves fogyasztást jelentenek, Franciaország esetében körülbelül 5000 évet.
A tórium útvonalában a termékeny 232 tórium hasadó 233 urángá alakul át egy reaktorban. A 232 tórium , amely az urán 238 izotópnál bőségesebb elem , szintén természetes tenyésztés . A tórium tehát nagyon fontos atomenergia-tartalékot jelentene, ha a tenyésztő atomreaktorok új sorozatában felhasználható lenne. A tórium útvonalának a következő előnyei vannak:
A tenyésztést kritizálják költséges, kockázatos és befejezetlen projektjei miatt, amelyet a Superphénixhez hasonló ipari prototípusok túlzott médiavisszhangja miatt torzított vízió.
Az 1972-ben épült Clinch River Breeder Reactor Project (in) amerikai tenyésztő projektet a kongresszus és Carter elnök adminisztrációja állította le 1983-ban, mert "potenciális biztonsági kockázatot jelentett" .
A német kalkari tenyészreaktor 1991-ben leállt az általa generált biztonsági problémák és nagyon magas költségei (3,5 milliárd euró) miatt.
A Superphénix reaktor építésének költsége a Számvevőszék 1997-es jelentése szerint 60 milliárd frank (1994) vagy 12 milliárd euró (2010), amelyből 2,5 milliárd eurót (2010) főleg az EDF támogat . Az 1986 és 1996 között termelt 7,5 TWh villamos energia viszonteladásából származó, 1,875 milliárd frankra (25 cent / kWh) becsült forgalom lehetővé tette volna, hogy ezt a költséget 11,7 milliárd euróra csökkentse .