RAPID-L

RAPID -L , RAPID-L AT (L: Lunar bas, A: Automatic，T: Thermoelectric) är ett mikrokärnreaktorkoncept tänkt som ett kraftpaket för kolonier på månen och Mars . Den är baserad på RAPID-serien (Refueling by All Pins Integrated Design) snabbuppfödningsreaktor som använder en flytande litium-6- design. Studien finansierades av Japan Atomic Energy Research Institute (JAERI) under räkenskapsåret 1999-2001. Forskningen utfördes av Japans Central Research Institute of Electric Power Industry (CRIEPI), Komae Research Laboratory.

Historia

1999 startade det amerikanska energidepartementet (DOE) projektet Nuclear Energy Research Initiative (NERI) (inte att förväxla med International Nuclear Energy Research Initiative I-NERI från 2001). Dess mål var att söka innovativ offentlig forskning. Temat var att skapa ultrasäkra och ultrasmå reaktorer. Inspirerad av SP-100 , Alkali Metal Thermoelectric Converter (AMTEC) , JAERI:s egen högtemperatur gaskyld reaktor (HTGR) högtemperaturteknisk testreaktor från 1990, och CRIEPI:s RAPID & RAPID-A-projekt från bland annat 19953 & 19953 JAERI beställde RAPID-L-studien.

Den ursprungliga studien letade efter en ultrasäker och ultraliten snabb reaktor RAPID-L AT antagen för användning på en månbas eller Marsbas . Anledningen till antagandet om en Mars- eller Månbas var närheten av gravitationerna för båda himlakropparna 1/3 och 1/6 av jordens gravitation. Studien följde en treårsplan:

  • 1999: grundläggande koncept; materialforskning
  • 2000: experiment med innovativ teknik och deras genomförbarhet; Fast Critical Assembly (FCA) tester
  • 2001: LIM-tester; växtdynamikanalys

Designöverväganden

  • Naturlig cirkulation var en nödvändig förmåga som beaktades för reaktorn. Som kylmedel valdes litium-6 baserat på temperaturkrav och dess kokpunkt (1615 K=1342 °C) var högre än antingen natrium (882 °C) eller kalium (757 °C). En annan orsak är genereringen av heliumgas genom reaktion ( n , α ) samt fungerar som en neutronabsorbator. Detta krävde förmågan att ta bort och extrahera helium.
  • Ett mål var att reducera och förenkla reaktorstrukturen för att underlätta In-Service Inspection (ISI). Det fastställdes att en anpassning av RAPID-designkonceptet skulle lösa allt detta. RAPID-konceptet skulle också erbjuda otankade körtider i 20 år och längre.
  • Vid den tiden övervägdes en uppskjutning av rymdfärjan och H-2 som satte en gräns till 3,7 m i diameter, 10 m eller mindre i längd och en massa på mindre än 10 ton . Månens och Mars gravitationer togs också i beaktande. Det fastställdes att en långsträckt ugnsstruktur krävs för att uppfylla dessa krav. Eftersom de seismiska kraven är lättade jämfört med jorden var det mindre oro för skador på strukturen. En fri vågfrontsdesign antogs för reaktorn. Vidare antogs att transporten skulle delas upp i två sjösättningar.
  • Man antog att vikten på Månen skulle vara max 670 kg och att enkla kranar klarar av det. Tung utrustning för schaktning av en 2 x 6 m grop förväntades finnas tillgänglig.

Allmän beskrivning

RAPID- och RAPID-L-designerna utvecklades av Central Research Institute of Electric Power Industry (CRIEPI) i Japan . RAPID-L-designen är ett koncept för snabbuppfödningsreaktor av flytande metall (LMFBR) som är avsett att förhindra olyckor på grund av mänskliga fel. Målet var att skapa en kärna med lång livslängd som i sig är säker på grund av att den är underhållsfri. Dessa var nödvändiga krav eftersom reaktorn var tänkt att användas på månen.

För detta ändamål antogs flera innovativa idéer

  • Värmesystem med radiatorpanel
  • En Integrated Fuel Assembly (IFA) för snabb och förenklad tankning
  • En 10-årig drift utan tankning
  • Innovativa reaktivitetskontrollsystem utan styrstavar etc.

RAPID-L är ett termoelektriskt kraftomvandlingssystem som använder uraniumnitridbränsle (40 % respektive 50 % anrikat) och flytande litium-6 kylvätska med 5 MW termisk energi och 200 kW elektrisk effekt. Litiuminloppet och -utloppet är klassade för en temperatur på 1 030 och 1 100 °C. Litium-6 fungerar också som neutronabsorbator. Det är den första reaktorn av detta slag. Eftersom litium-6 inte har använts som ett neutronabsorberande material i konventionella snabba reaktorer, utfördes mätningar vid Fast Critical Assembly (FCA) vid Japan Atomic Energy Research Institute (JAERI). FCA-kärnan bestod av högberikat uran och prover av rostfritt stål för att simulera kärnspektrumet hos RAPID-L. Proverna berikades med 95 % litium-6 och sattes in i kärnan parallellt med kärnans axel för mätning av reaktiviteten vid varje position. Det visade sig att den uppmätta reaktiviteten i kärnområdet överensstämde med beräkningar. Biasfaktorer för kärndesignen erhölls genom att jämföra mellan experimentella och beräknade resultat.

Som en variant av RAPID (Refueling by All Pins Integrated Design) snabbreaktorkoncept kan den tankas på ett snabbt och enkelt sätt. Väsentligt för denna funktion är att reaktorhärden består av en integrerad bränsleförsamling (IFA) istället för konventionella bränsledelar. Denna lilla kärna har 2700 bränsleelement (stift) kombinerade av IFA, bestående av ett kärnstödgaller och flera distansgaller, och är sammansatta till en bränslepatron. Denna kassett kan bytas ut som en enhet. Reaktorn kan drivas utan tankning i upp till 10 år (80 % nominell effekt). Reaktorn har inga styrstavar. För att uppnå helt automatiserad drift förlitar sig reaktorn på olika reaktivitetskontrollsystem: Lithium Expansion Module (LEM), Lithium Injection Module (LIM) och Lithium Release Module (LRM). LEM tjänar till inbyggd reaktivitetsåterkoppling, LIM tjänar för inneboende slutlig avstängning och LRM tjänar till automatiserad reaktorstart. Dessa passiva system hjälper till att mildra effekterna av bränsleförbrukning, vilket ger en lång bränslelivslängd. Biasfaktorerna användes för att bestämma antalet LEM och LIM som behövdes i kärnan för att uppnå helautomatisk drift.

Reaktorn har i princip en slingkonfiguration och en reaktorbehållare på 2 m i diameter, 6,5 m djup och väger cirka 7,6 ton . Detta RAPID-koncept har varken diagrid eller kärnstödsstruktur eftersom de är integrerade i en bränslepatron. Den enkla reaktorbehållaren skulle göra den viktigaste In-Service Inspection (ISI) enklare. En ISI kan göras för varje tankning. Reaktorn är konstruerad för att installeras under lutning så att marken ger den nödvändiga avskärmningen. Separata elektromagnetiska pumpar och bränslepatronen är förbundna med anslutningsrören. Reaktordelsystemet kännetecknas av RAPID-tankningskonceptet för att eliminera konventionella bränslehanteringssystem. Detta ger en avsevärd besparing av reaktorblockmassa på 60 % jämfört med jämförbara flytande metallkylda snabba reaktorsystem.

Reaktorkontroll

Utbränningskompensation uppnås automatiskt av LEM, vilket uppnår 80 % av den nominella effekten vid slutet av bränslepatronens livslängd. LEM är en termometerliknande anordning som påverkas av volymexpansionen av Li6 . Denna "vätskekontrollstav" kan hålla reaktoreffekten nästan konstant under hela designlivslängden. Dellastdrift är möjlig genom att justera det primära kylvätskeflödet. Reaktoreffekten kommer att vara proportionell mot det primära kylmedelsflödet på grund av LEM:s reaktivitetsåterkoppling. LRM består av ett kuvert delat av en frusen försegling i två kammare. Den nedre kammaren, inuti den aktiva kärnan, har en 95 % berikad Li 6 -reservoar, medan den övre kammaren är ett vakuum före reaktorstart. Reaktorstart kan göras automatiskt om den primära kylvätsketemperaturen når sin standby-temperatur. Kylvätskeuppvärmning kan uppnås genom värmeavgivning från primärpumpens cirkulation. Sedan kommer den frusna förseglingen av LRM att smälta vid den varma standby-temperaturen (cirka 780 °C), och Li 6 frigörs långsamt från lägre nivå (aktiv kärnnivå) till den övre nivån för att uppnå en positiv reaktivitetsökning. Det kommer att ta 7(11) timmar att slutföra uppstarten. LIM:erna säkerställer tillräcklig negativ reaktivitetsåterkoppling i oskyddade transienter. LRM:erna möjliggör en automatisk reaktorstart genom att detektera den varma standbytemperaturen för det primära kylmediet. Alla dessa system använder Li 6 och påverkas av mycket tillförlitliga fysikaliska egenskaper (volymexpansion av Li 6 för LEM, och frusen tätningssmältning för LIM och LRM). En konfiguration med Quick LEMs kräver 3+(1) LEMs av mindre storlek än en konfiguration med Slow LEMs som kräver 24 LEMs. RAPID-L är utrustad med 28 LEM, 16 LIM och 16 LRM i designkonceptet. Två av de 16 LRM är reserver eller dummies. Det är ett väldigt redundant system. Fel på vissa av dessa anordningar skulle endast resultera i en liten temperaturavvikelse hos kylvätskan. Om de flesta LEM misslyckas kan utbränningskompensationen från LEM vara omöjlig och reaktorn skulle stängas av.

Reaktorinstallation och start

Reaktorn kan skjutas upp av H-2 bärraket till Low Earth Orbit (LEO) innan den går till månen. Sedan kommer den att installeras i ett utgrävt cylindriskt hål 2 m i diameter och 6 m djupt. De fyra termoelektriska energiomvandlingssegmenten och de åtta radiatorpanelerna är placerade runt reaktorn.

Toshiba-kontrovers

Toshiba har ofta citerats för att vara involverad i forskningen och utvecklingen av RAPID-L, men detta kunde inte bekräftas i någon av de japanska dokumentationerna eller i samtida vetenskap eller pressnyheter. Mitsubishi Research Institute, Inc. var den enda företagsanslutna noterade. Missuppfattningen verkade ha dykt upp när Toshiba 4S kom under preliminär granskning av US Nuclear Regulatory Commission 2007. Detta kan ha spridits först av bloggar, men så småningom hittade det sin väg till några seriösa publikationer och tidningar.

Se även

externa länkar

  • [1] Central Research Institute of Electric Power Industry
  • [2] Forskningsorganisationen för informationsvetenskap och teknik (RiST)
Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=RAPID-L&oldid=1033127788 "