Reaktor dwupłynowy jako nowa i rewolucyjna koncepcja reaktora jądrowego

• Autorzy: Dąbrowski M. P.

Warianty tytułu

EN

Dual Fluid Reactor as a new and revolutionary concept of a nuclear reactor

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Energetyka jądrowa pomimo swojego znakomitego potencjału dla wytwarzania niezwykle taniej energii elektrycznej, wciąż nie pokonuje innych źródeł w tym aspekcie w jednoznaczny i spektakularny sposób. Problemem są coraz większe wymagania w zakresie bezpieczeństwa, a także oparcie o technologie, których geneza sięga zastosowań militarnych (np. reaktor wodnociśnieniowy), i dla których ekonomia nie była priorytetem. Proponowane przez Międzynarodowe Forum Reaktorów IV Generacji (Generation IV International Forum) rozwiązania, chociaż uważane za bezpieczne, wciąż nie wydają się być satysfakcjonującymi pod względem ekonomicznym. Dlatego poszukuje się nowych koncepcji, które mogłyby doprowadzić do spektakularnego przełomu w tej dziedzinie. Taką propozycją jest reaktor dwupłynowy (RD; ang. Dual Fluid Reactor – DFR) opatentowany przez międzynarodową grupę naukowców z prywatnego instytutu badawczego Institute für Festkörper-Kernphysik (IFK) z Berlina. Jest to reaktor z dwoma niezależnymi obiegami: paliwa jądrowego (stopione sole lub ciekły metal) i chłodziwa (ciekły ołów) oddzielonymi poprzez rurki wykonane z węglika krzemu (SiC), co pozwala na wyjątkową optymalizację jego pracy. W artykule przedstawione są podstawowe cechy tego reaktora jako prędkiego reaktora wysokotemperaturowego (1000°C), samowyłączającego się (ujemny współczynnik temperaturowy reaktywności) i niezwykle ekonomicznego. Wyliczony dla tego reaktora Współczynnik Zwrotu Zainwestowanej Energii (WZZE) przewyższa ponad dwudziestokrotnie ten współczynnik dla obecnie pracujących reaktorów II i III generacji i potencjalnie sugeruje, iż ta technologia może okazać się tak przełomową, jak technologia maszyny parowej Jamesa Watta pod koniec XVIII wieku, która doprowadziła do pierwszej rewolucji przemysłowej.

EN

Despite its extraordinary potential for producing very cheap energy, the nuclear power still does not defeat in this aspect the other sources in a clear and a spectacular way. The issue is more and more intensive requirements of safety as well as the usage of technologies which are rooted in military applications (e.g. pressurized water reactor) and so the ones for which economy was not the priority. The Generation IV International Forum proposals, in spite of being considered safe, still do not seem to be satisfactory in their economical aspects. This is why one is looking for the new concepts which could lead to a spectacular breakthrough in this field. Such a proposal is the Dual Fluid Reactor (DFR) patented by an international group of scientists from the private research Institute für Festkörper-Kernphysik (IFK) in Berlin. It is a reactor with two independent fluid flows: of the fuel (molten salts or liquid metal), and of the coolant (liquid lead), separated by pipes made of silicon carbide SiC, which allows for extraordinary optimization of its operation. In the paper, the basic features of the reactor as a high-temperature fast reactor (1000°C), with negative temperature coefficient of reactivity, and very economical, are presented. The Energy Return on Invested (EROI) factor calculated for this reactor is more than twenty times larger than that calculated for the II and III generation units, and potentially suggests that this technology can be proven to be as breakthrough as the James’ Watt technology of steam engine of the end of 18th century which lead to the first industrial revolution.

Słowa kluczowe

PL

technologie reaktorowe IV generacji; reaktor dwupłynowy; stopione sole; stopione metale; eutektyka; płynny ołów; Pirochemiczna Jednostka Przetwarzająca; Współczynnik Zwrotu Zainwestowanej Energii

EN

IVth generation reactor technologies; Dual Fluid Reactor; molten salts; liquid metals; eutectics; liquid lead; Pirochemical Processing Unit; Energy Return on Invested

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
• Czasopismo: Postępy Techniki Jądrowej
• Rocznik: 2018
• Tom: z. 3
• Strony: 25--32
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys.

Twórcy

autor

Dąbrowski M. P.

• Narodowe Centrum Badań Jądrowych, Świerk Uniwersytet Szczeciński, Szczecin

Bibliografia

• [1] E. Boeker, R. Grondelle, Fizyka środowiska, PWN Warszawa (2003).
• [2] F. Daniels, Suggestions for a High-Temperature Pebble Pile. MUC-FD-8; N-1668b, Chicago University Metallurgical Laboratory, Chicago Illinois (1944).
• [3] J. Serp i inni, The molten-salt reactor (MSR) in generation IV: Overview and perspectives, Prog. Nucl. Energy 77, 308 (2014).
• [4] www.dual-fluid.reactor.org
• [5] A. Huke, G. Ruprecht, D. Weissbach, S. Gottlieb, A. Hussein, K. Czerski, Ann. Nucl. Energy 80, 225 (2015).
• [6] D. A. Porter, K. E. Easterling, M. Y. Sherif, Phase Transformations in Metals and Alloys. CRC Press, Boca Raton (2009).
• [7] G. Longoni, R. O. Gates, B. K. Mcdowell, High temperature gas reactors: assessment of applicable codes and standards, PNNL-20869 Rev. 1, US Nuclear Regulatory Commission (2015).
• [8] www.ga.com/siga-sic-composite
• [9] D. Weissbach, G. Ruprecht, A. Huke, K. Czerski, S. Gottlieb, A. Hussein, Energy 52, 210 (2013).
• [10] R.T. Balmer, Modern Engineering Thermodynamics, Elsevier Burlington (2011).
• [11] X. Wang, Analysis and Evaluation of the Dual Fluid Reactor Concept, rozprawa doktorska, Technische Universität Munich (2017).
• [12] A. Huke i inni, Dual-fluid reactor, in: Molten Salt Reactors and Thorium Energy, Thomas J. Dolan (ed.) (Elsevier 2017) s. 619-633.
• [13] Możliwości wdrożenia wysokotempreaturowych reaktorów jądrowych w Polsce, Raport Zespołu ds. analizy i przygotowania warunków wdrożenia wysokotemperaturowych reaktorów jądrowych, Ministerstwo Energii, Warszawa, wrzesień 2017; http://www.me.gov.pl/node/28011.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).