Усилитель энергии: новый тип ядерного реактора (ADS) от Карло Руббиа. Суть – генерация энергии с помощью ускорителя частиц и ториевого топлива. Теоретическая разработка.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
В ядерной физике энергетический усилитель — это новый тип ядерного реактора, подкритический реактор, в котором пучок энергичных частиц используется для инициирования реакции, которая, в свою очередь, высвобождает достаточно энергии для питания ускорителя частиц и получения избыточной энергии для выработки электроэнергии. В последнее время эта концепция также называется системой с ускорителем (ADS) или подкритическим реактором с ускорителем. Ни один из таких реакторов не был построен.
In nuclear physics, an energy amplifier is a novel type of nuclear power reactor, a subcritical reactor, in which an energetic particle beam is used to stimulate a reaction, which in turn releases enough energy to power the particle accelerator and leave an energy profit for power generation. The concept has more recently been referred to as an accelerator driven system (ADS) or accelerator driven sub critical reactor. None have ever been built.
История
Идея принадлежит итальянскому ученому Карло Руббиа, лауреату Нобелевской премии по физике частиц и бывшему директору Европейской международной лаборатории ядерной физики CERN. Он опубликовал предложение по созданию энергетического реактора (прозванного "Руббиатрон"), основанного на протонном циклотронном ускорителе с энергией пучка от 800 МэВ до 1 ГэВ и мишени, использующей торий в качестве топлива и свинец в качестве теплоносителя. Концепция Руббиа также опирается на идеи, разработанные группой под руководством физика-ядерщика Чарльза Боумана из Лос-Аламосской национальной лаборатории.
The concept is credited to Italian scientist Carlo Rubbia, a Nobel Prize particle physicist and former director of Europe's CERN international nuclear physics lab. He published a proposal for a power reactor (nicknamed "Rubbiatron") based on a proton cyclotron accelerator with a beam energy of 800 MeV to 1 GeV, and a target with thorium as fuel and lead as a coolant. Rubbia's scheme also borrows from ideas developed by a group led by nuclear physicist Charles Bowman of the Los Alamos National Laboratory
Принцип и осуществимость
Усилитель энергии сначала использует ускоритель частиц (например, линак, синхротрон, циклотрон или FFAG) для создания пучка высокоэнергетических (релятивистских) протонов. Пучок направляется на столкновение с ядром тяжелой металлической мишени, такой как свинец, торий или уран. Неупругие столкновения между протонным пучком и мишенью приводят к спалляции, в результате которой образуется от двадцати до тридцати нейтронов на одно событие. Возможно увеличение нейтронного потока за счет использования нейтронного умножителя – тонкой пленки делящегося материала, окружающего источник спалляции; применение нейтронного умножения было предложено для реакторов CANDU. Хотя CANDU представляет собой критическую конструкцию, многие из этих концепций могут быть применены к субкритической системе. Ядра тория поглощают нейтроны, тем самым воспроизводя делящийся уран-233, изотоп урана, который не встречается в природе. Замедленные нейтроны вызывают деление U-233, высвобождая энергию. Эта конструкция вполне осуществима с использованием современных технологий, но требует дальнейшего изучения, прежде чем ее можно будет признать практичной и экономически выгодной. Проект OMEGA (оптимизация получения дополнительной выгоды от актинидов и продуктов деления) изучается в Японии как один из методов системы с ускорителем (ADS). Ричард Гарвин и Жорж Шарпак подробно описывают усилитель энергии в своей книге "Мегаватты и мегатонны: поворотный момент в ядерной эре?" (2001) на страницах 153–163. Ранее общая концепция усилителя энергии, а именно субкритического реактора, управляемого ускорителем, была освещена в книге Альвина М. Вайнберга и других "Вторая ядерная эра" (1985) на страницах 62–64.
The energy amplifier first uses a particle accelerator (e. g. linac, synchrotron, cyclotron or FFAG) to produce a beam of high energy (relativistic) protons. The beam is directed to smash into the nucleus of a heavy metal target, such as lead, thorium or uranium. Inelastic collisions between the proton beam and the target results in spallation, which produces twenty to thirty neutrons per event. It might be possible to increase the neutron flux through the use of a neutron amplifier, a thin film of fissile material surrounding the spallation source; the use of neutron amplification in CANDU reactors has been proposed. While CANDU is a critical design, many of the concepts can be applied to a sub critical system. Thorium nuclei absorb neutrons, thus breeding fissile uranium 233, an isotope of uranium which is not found in nature. Moderated neutrons produce U 233 fission, releasing energy. This design is entirely plausible with currently available technology, but requires more study before it can be declared both practical and economical. OMEGA project (option making of extra gain from actinides and fission products ([[:ja:オメガ計画)) is being studied as one of methodology of accelerator driven system (ADS) in Japan. Richard Garwin and Georges Charpak describe the energy amplifier in detail in their book "Megawatts and Megatons: A Turning Point in the Nuclear Age?" (2001) on pages 153 163. Earlier, the general concept of the energy amplifier, namely an accelerator driven sub critical reactor, was covered in "The Second Nuclear Era" (1985) pages 62–64, by Alvin M. Weinberg and others.