Растворные реакторы получают развитие
Новость интересна сразу с трех сторон - во-первых самой давно продвигаемой технологии получения осколочных (осколков деления урана) изотопов на растворных реакторах, во-вторых правильным методом продвижения "бумажных" реакторов в жизнь и в-третьих примером наиболее реалистичного подхода к проникновению на рынок новых стран.
Растворный реактор Aqueous homogeneous reactor в лаборатории Oak Ridge, работал в 70х годах.
Растворные реакторы - это такой предельный случай ядерных реакторов с тепловым спектром нейтронов, где топливо (какая-то соль урана или плутония) равномерно перемешано в объеме теплоносителя/замедлителя. В силу этого реактивность установки очень сильно зависит от концентрации урана в теплоносителе и от температуры последнего, причем имеет узкий пик как по концентрации, так и по температуре. С одной стороны получается, что такой реактор практически невозможно сделать мощным т.к. активное тепловыделение приводит к появлению зон с разной температурой и плотностью, реактивность упадет и реактор заглохнет. С другой стороны при правильном подборе характеристик получается очень простой (бак с раствором урана внутри отражателя и конденсатор, возвращающий испаряющуюся воду над ним + один движущийся стержень-поглотитель в центре) и надежный (глохнущий при нагреве выше заданной температуры) аппарат.
Растворные реакторы лет 50 назад получили распространения как импульсные источники нейтронов/гамма-излучения, т.к. технически это самая простая схема импульсных реакторов (сравните с ACRR или ИБР-2). Кстати, в индустрии, работающей с растворами урана такие "реакторы" периодически возникают нештатно, приводя к авариям и переоблучениям, есть довольно подробный документ с описанием подобных происшествий - от demon core Злотина до "ведра с ураном" в 1999 году в Японии. После перехода к более реакторным импульсным источникам нейтронов с более традиционной реализацией активной зоны (и с бОльшей нейтронной яркостью) растворные реакторы практически везде были закрыты в силу потери смысла существования.
Схематичное изображение ИБР-2, интересного использование двух вращающихся отражателей - их совмещение напротив активной зоны дает вспышку нейтронов, которая отводится по нейтроноводам к научным станциям.
Однако если взять производство 99Mo (который является источником медицинского изотопа технеция 99mTc, подробнее про это), здесь растворные реакторы имеют одно важное теоретическое преимущество. В традиционном реакторе основную часть активной зоны заполняют топливом, и только небольшая часть кассет - мишени, при этом по сути и топливо и мишени - это 235 уран. Использовать топливо как мишень мешает дороговизна рефабрикации - ведь ТВС реактора для добычи осколочного молибдена растворяют в кислоте или щелочи, элементы сортируют химическим способом, и превратить эти растворы обратно в ТВС не так-то просто. В случае растворного реактора, очевидно, у нас выпадает как растворение ТВС, так и сложности с обратным превращением их в топливо - т.е. в растворном реакторе мишенью работает вся активная зона. Получается, что для той же производительности нужно примерно в 100 раз меньшая мощность (= расход урана, размеры, сложность и стоимость) реактора.
Рисунок-схема работающего и сегодня растворного реактора "Аргус", расположенного в Курчатовском институте. На базе него сделан проект, который был предложен ЮАР.
По сути процесс производства 99Mo для растворной установки выглядит так: 5 дней реактор работает на мощности, и нарабатывает продукты деления, затем сутки отстаивается для распада наиболее короткоживущих осколков, затем активная зона прокачивается через селективный сорбент, на котором оседает только молибден. Колонку сорбента перевозят в горячую камеру производителя генераторов технеция, где молибден извлекается, дополнительно очищается и заряжается в генераторы. Мощность реактора-производителя при этом не превышает десятков киловатт, объем активной зоны - пару сотен литров. Производительность реактора составляет (для мощности в 50 кВт) примерно 250 кюри в неделю, что хватает на заправку нескольких сотен генераторов.
Вот так выглядит установка для переочистки молибдена в горячей камере, интересно как происходит отмывка всех этих колб и холодильников после работы.
Разумеется есть и сложности. Во-первых традиционный исследовательский/изотопный реактор более универсален - здесь можно получать не один изотоп, а много параллельно, как это происходит на реакторах НИИАР, например. Во-вторых технология извлечения молибдена и только молибдена из раствора, где плавает уран и примерно 70 продуктов его деления не так проста и пока продемонстрирована только в лабораторном масштабе.
И здесь у Росатома очень хорошо сошлись звезды - наличие растворного реактора "Аргус" в Курчатовском институте и работающих с ним специалистов (которые и предложили и проверили технологию получения молибдена), желание южноафриканской компании Nesca Soc развивать бизнес по производству генераторов технеция (для которых нужен молибден 99), желание завязать связи на перспективном для атомной энергетике рынке ЮАР.
В то же время этот пример показывает, как именно "бумажные" реакторы должны преодолевать технические и лицензионные барьеры - начинать надо не с проектов энергетических реакторов на десятки и сотни мегаватт, а с попыток найти какое-то применение для, по сути, исследовательской установки. Хотя каких-то перспектив для растворных реакторов, кроме как производство осколочных изотопов (кроме технеция предлагается еще один изотоп - стронций 89, который используется для терапии рака костей) пока не просматривается, "распечатывание" еще одной атомной технологии не может не радовать.
Взято: tnenergy.livejournal.com