Исследовательские ядерные реакторы: назначение и особенности
Research reactor
Исследовательские ядерные реакторы: применение нейтронов для науки, медицины и промышленности. Не для энергии или оружия, а для исследований и образования.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Ядерное устройство, не предназначенное для выработки энергии или создания оружия
исследовательские реакторы на ядерном делении
Nuclear device not intended for power or weapons
nuclear fission research reactors
Исследовательские реакторы – это ядерные реакторы, работающие на принципе ядерного деления и служащие преимущественно источником нейтронов. Они также называются неэнергетическими реакторами, в отличие от энергетических реакторов, используемых для производства электроэнергии, выработки тепла или для движителей морского транспорта.
Research reactors are nuclear fission based nuclear reactors that serve primarily as a neutron source. They are also called non power reactors, in contrast to power reactors that are used for electricity production, heat generation, or maritime propulsion.
Цель
Нейтроны, производимые исследовательским реактором, используются для нейтронного рассеяния, неразрушающего контроля, анализа и испытания материалов, производства радиоизотопов, научных исследований, а также для популяризации науки и образования. Исследовательские реакторы, производящие радиоизотопы для медицинских или промышленных целей, иногда называют изотопными реакторами. Реакторы, оптимизированные для проведения экспериментов на пучках нейтронов, в настоящее время конкурируют с источниками спалляции.
The neutrons produced by a research reactor are used for neutron scattering, non destructive testing, analysis and testing of materials, production of radioisotopes, research and public outreach and education. Research reactors that produce radioisotopes for medical or industrial use are sometimes called isotope reactors. Reactors that are optimised for beamline experiments nowadays compete with spallation sources.
Технические аспекты
Исследовательские реакторы проще, чем энергетические, и работают при более низких температурах. Им требуется значительно меньше топлива, и в процессе его использования накапливается гораздо меньше продуктов деления. С другой стороны, для их топлива необходим уран с более высокой степенью обогащения, как правило, до 20% U-235, хотя некоторые используют 93% U-235; в то время как обогащение в 20% обычно не рассматривается как пригодное для создания ядерного оружия, 93% обычно называют "оружие-пригодным". Они также характеризуются очень высокой плотностью мощности в активной зоне, что требует специальных конструктивных решений. Как и в энергетических реакторах, активная зона нуждается в охлаждении, обычно естественной или принудительной конвекцией с использованием воды, и требуется замедлитель для снижения скорости нейтронов и повышения эффективности деления. Поскольку основная функция исследовательских реакторов – производство нейтронов, большинство из них оснащены отражателями для уменьшения потерь нейтронов из активной зоны.
Research reactors are simpler than power reactors and operate at lower temperatures. They need far less fuel, and far less fission products build up as the fuel is used. On the other hand, their fuel requires more highly enriched uranium, typically up to 20% U 235, although some use 93% U 235; while 20% enrichment is not generally considered usable in nuclear weapons, 93% is commonly referred to as "weapons grade". They also have a very high power density in the core, which requires special design features. Like power reactors, the core needs cooling, typically natural or forced convection with water, and a moderator is required to slow the neutron velocities and enhance fission. As neutron production is their main function, most research reactors benefit from reflectors to reduce neutron loss from the core.
Перевод на низкообогащенный уран
Международное агентство по атомной энергии и Министерство энергетики США начали программу в 1978 году по разработке способов перевода исследовательских реакторов с использования высокообогащенного урана (HEU) на использование низкообогащенного урана (LEU) в поддержку политики нераспространения. К тому времени США поставили исследовательские реакторы и высокообогащенный уран в 41 страну в рамках программы "Атомы ради мира". В 2004 году Министерство энергетики США продлило программу приема отработанного ядерного топлива зарубежных исследовательских реакторов до 2019 года. По данным отчета Национальных академий наук, инженерии и медицины за 2016 год, перевод всех исследовательских реакторов на LEU не может быть завершен ранее 2035 года. Это частично связано с тем, что разработка надежного LEU-топлива для исследовательских реакторов с высоким нейтронным потоком, устойчивого к вздутию, продвигается медленнее, чем ожидалось. По состоянию на 2020 год в мире осталось 72 исследовательских реактора, использующих HEU.
The International Atomic Energy Agency and the U. S. Department of Energy initiated a program in 1978 to develop the means to convert research reactors from using highly enriched uranium (HEU) to the use of low enriched uranium (LEU), in support of its nonproliferation policy. By that time, the U. S. had supplied research reactors and highly enriched uranium to 41 countries as part of its Atoms for Peace program. In 2004, the U. S. Department of Energy extended its Foreign Research Reactor Spent Nuclear Fuel Acceptance program until 2019. As of 2016, a National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine report concluded converting all research reactors to LEU cannot be completed until 2035 at the earliest. In part this is because the development of reliable LEU fuel for high neutron flux research reactors, that does not fail through swelling, has been slower than expected. as of 2020, 72 HEU research reactors remain.
Конструкторы и конструкторы
В 1950-х, 1960-х и 1970-х годах существовало несколько компаний, специализирующихся на проектировании и строительстве исследовательских реакторов, однако впоследствии активность на этом рынке снизилась, и многие компании его покинули. Сегодня рынок консолидировался в несколько компаний, которые сосредоточили в своих руках ключевые проекты по всему миру. Последним международным тендером (1999) на исследовательский реактор стал тендер, организованный Австралийской организацией ядерной науки и технологий на проектирование, строительство и ввод в эксплуатацию Австралийского реактора с открытым бассейном (OPAL). Были предварительно квалифицированы четыре компании: Atomic Energy of Canada Limited (AECL), INVAP, Siemens и Technicatom. Проект был присужден компании INVAP, которая и построила реактор. В последние годы AECL вышла из этого рынка, а деятельность Siemens и Technicatom была объединена в Areva.
While in the 1950s, 1960s and 1970s there were a number of companies that specialized in the design and construction of research reactors, the activity of this market cooled down afterwards, and many companies withdrew. The market has consolidated today into a few companies that concentrate the key projects on a worldwide basis. The most recent international tender (1999) for a research reactor was that organized by the Australian Nuclear Science and Technology Organisation for the design, construction and commissioning of the Open pool Australian lightwater reactor (OPAL). Four companies were prequalified: Atomic Energy of Canada Limited (AECL), INVAP, Siemens and Technicatom. The project was awarded to INVAP that built the reactor. In recent years, AECL withdrew from this market, and Siemens and Technicatom activities were merged into Areva.