Цахилгаан цөмийн реакторын боломжит нэгэн хувилбар

ОРШИЛ

Бид энд цөмийн эрчим хүчний өмнө тулгарч байгаа асуудлыг шийдвэрлэх, аюулгүй ажиллагаатай, экологийн хувьд цэвэр цахилгаан цөмийн реакторын нэг хувилбарыг товч авч үзлээ. 

I.ӨНӨӨГИЙН ЦӨМИЙН ЭРЧИМ ХҮЧНИЙ ШИЙДВЭРЛЭХ АСУУДЛУУД

Ураны цөм дулааны нейтроноор хуваагдах процесст үндэслэсэн реактор бүхий өнөөгийн цөмийн эрчим хүчний өмнө шийдвэрлэх 3-н асуудал тулгарч байна.
Үүнд:
1. Цөмийн түлшний түүхий эдийн нөөц хязгаарлагдмал
2. Одоогийн ажиллаж буй цөмийн эрчим хүчний реакторын аюулгүй байдлыг улам сайжруулах шаардлага
3. Цөмийн эрчим хүчний хаягдлыг дахин боловсруулах асуудал зэрэг болно.

I.1. Цөмийн түлшний түүхий эдийн нөөц
Цахилгаан станцуудад нэг жилд 3.5% хүртэл 235U-аар баяжуулсан цөмийн түлш болох 300 мянган тонн уран шаардагдана. Дэлхийн ураны баталгаат нөөц нь 3 сая тонн орчим байдаг. 235U-н 0.24-0.26%-ийн агуулалтай ашигласан цөмийн түлшний ураныг дахин боловсруулж атомын станцад ашиглахад ураны их нөөц бий болно.
1950-аад оны эхэн үед Америк, Канад улсад хурдасгуур ашиглан цөмийн түлш үйлдвэрлэх санаа дэвшигдсэн байна. Ийм хурдасгуурт торийн цөмийг нейтроноор шарж цөмийн түлш болгон ашиглах нь цөмийн түлшээр хангахад учирч буй хүндрэлийг олон жилд шийдэх боломжтой.

I.2.Эрчим хүчний реакторын аюулгүй ажиллагаа
Реактор тогтонги горимд ажиллах үед цөмийн хуваагдлын үр дүнд шинээр үүсч буй нейтроны тоо нь түлшний цөмийн дараагийн хуваагдал, хийц материалын шингээлт, реактороос гадагш алдагдал зэрэгт зарцуулагдаж байгаа нейтроны тоотой тэнцүү байх ёстой. Реакторыг хожимдсон нейторнууд (0.7%)-аар удирдана.
Реактивность ихсэх явдал нь хуваагдах цөмийн тоо хэмжээ хурдан өсөж, илүүдэл дулаан ялгарсанаас реактор эвдэрч цацраг идэвхт хаягдал түүнээс гадагш хаягдаж томоон осол үүснэ.
Энэ айдас “нэмэлт нейтроны гялбалтаар” ажиллах эрчим хүчний подкритик реакторын шинэ төрлийг ашигласнаар бүрэн шийдэгдэнэ. Ийм нэмэлт нейтроныг протоны хурдасгуур ашиглан үүсгэж болно.

I.3. Цацраг идэвхт хаягдлын дахин боловсруулалт
2010 оны үед 400 ГВт чадалтай, уран түлштэй эрчим хүчний реакторуудын дэлхийн паркаас 300 мянган тонн ашигласан цөмийн түлшийг зайлуулах шаардлага гарна.
Анхны цөмийн түлшинд 10000 тонн 235U байвал түлшний 10% шатах үед 1000 тонн ураны хуваагдлаар болон цөмийн урвалын бусад сувгуудаар 250 тонн техници-99, 90 тонн цези-135, 60 тонн иод-120 зэрэг урт настай хуваагдлын бүтээгдэхүүнүүд үүснэ.
238U цөм нейтроныг залгих үед трансураны элементүүд үүснэ.
Эдгээрээс гадна Менделеевийн үелэх системийн бусад элементүүдийн богино наст цацраг идэвхт цөмүүд ашигласан түлшинд хуримтлагдана.

II. Цахилгаан цөмийн реактор
Цэнэгт бөөмсийн хурдасгуураар подкритик реакторын нэмэлт нейтроныг үүсгэх, цацраг идэвхт цөмийг трансмутацлах үед цөмийн шууд хувирал явуулах учраас цөмийн эрчим хүчний аюулгүй үйлдвэрлэлийн энэ шинэ аргыг цахилгаан цөмийн арга гэж нэрлэсэн байна [2,3]. Цацраг идэвхт хаягдлыг трансмутацлах зориулалт бүхий аюулгүй ажиллагаатай цахилгаан цөмийн реакторын цогцолборын бүдүүвчийг авч үзье.

Цахилгаан цөмийн реактор бүхий цогцолборын бүдүүвч

P.West, E. Wood (1971) нар 1.47Гэв энергитэй протоноор d=10.2см, L=60см хар тугалган байнаас нейтроны гаралт 54 нейтрон, харин d=20.4см, L=60см хэмжээтэй байхад нейтроны гаралт 46 нейтрон үүснэ гэж үзсэн.

М.С. Онегин, В.В. Памук (1991) нар 1ГэВ энергитэй протоноор d=20см, L=60см хэмжээтэнй хар тугалган байнаас гарах нейтроны гаралт 33 нейтрон үүснэ гэж тооцсон.

412 цөм хуваагдахад ойролцоогоор 412 цацраг идэвхт хуваагдлын хэлтэрхийнүүд үүсэх ба тэдгээрийн 90% богино настай цацраг идэвхт хэлтэрхийнүүд, 10% урт настай цацраг идэвхт хэлтэрхийнүүд (90Sr, 85Kr, 135Cs, 114Pm, гэх мэт 30 жил хүртэл хагас задралын үетэй) байна.
Хурдассан протоны гүйдэл 0.3А байхад бидний авч үзэж буй цогцолборын энергийн гаралт нь
P=0.3А*24ц*109эВ=7200МВт
Энэ нь ураны түлштэй1000МВт нэгж чадалтай 7 АЦС-тай тэнцэнэ.

Уран, плутоний цөмийн түлшний циклийн бүдүүвч

 

Тори, ураны цөмийн түлшний циклүүдийн бүдүүвч

Уран-торийн түлшний циклд үндэслэсэн эрчим хүчний реакторын давуу талуудтай. Үүнд:
– Цацраг идэвхт ба трансураны хаягдалгүй экологийн хувьд цэвэр түлшний циклийг хангах
– Дулааны нейтроноор ажиллах реактор-үржүүлэгчээр цөмийн түлшний нөхөн үйлдвэрлэл явуулах нь хуваагдах материалд зөвхөн 233U-г ашиглах тохиодолд боломжтой. Ийм реактор нь хурдан нейтроноор ажиллах реактор-үржүүлэгчийнээс илүү аюулгүй ажиллагаатай.

– Протоны багцаар үүсэх нейтроны нэмэлт “гялбалт”-тай подкритик реакторын ажиллах горим нь реакторын чадлыг удирдлагагүйгээр өсгөх Чернобылийнх шиг осол болох боломжийг хаана.
Бүдүүвчийн дутагдалтай тал нь 233U-аар түлшний элемент үйлдвэрлэх, ашигласан түлшний элементийг боловсруулах дэд бүтэц боловсрогдоогүй байгаад оршино.

III. ЦАХИЛГААН ЦӨМИЙН РЕАКТОРЫН ХОЛБОГДОЛТОЙ СУДАЛГАА

Цацраг идэвхт хаягдлын трансмутаци: Подкритик реакторыг нейтроноор гялбуулахад зориулагдсан хурдасгуурыг боловсруулж зохион бүтээснээр цацраг идэвхт удаан наст хаягдлыг
трансмутацлах, хуваагдах материалыг үйлдвэрлэх боломжтой.  Matherial Test Accelerator-MTA хурдасгуурыг 1940-1950 онд анх АНУ-д төслийг боловсруулсан.

Орчин үед цөмийн эрчим хүчний шинэ зорилтонд хэрэглэгдэх протоны хурдасгуурын 3 янзын схем боловсруулагдаж байна.
1. АНУ-д анхны 1 ГэВ энергитэй Лос-Аламоссын мезоны фабрикын протоны шугаман хурдасгуур
2. ОХУ-д хурдасгуурын анхны загвар нь 600 Мэв энергитэй 1мА хүртэл дундаж гүйдэлтэй мезоны фабрик юм.
3. Европын цөмийн физикийн төвт (ЦЕРН-Швецарт) 1.2ГэВ энергитэй, дундаж гүйдэл 12мА байх протоны 3-н шатлалтай синхротрон ашиглахаар төлөвлөж байна.

Цөмийн станцын ашигласан түлшинд Менделеевийн үелэх системийн бараг бүх элементүүд мөн түүнчлэн удаан наст цацраг идэвхт хаягдалууд агуулагдаж байна.
Эдгээр хаягдалууд хүрээлэн байгаа орчинд хамгийн гол аюултай учраас цацраг идэвхт урт наст хаягдлыг устгах найдвартай арга бол тэдгээрийг трансмутацлах явдал юм.
Өөрөөр хэлбэл тэдгээрийг дулааны нейтрон буюу бусад цацрагийн үйлчлэлээр тогтвортой изотоп болгон хувиргах явдал юм.

III.2 Хурдасгуураар удирдах цөмийн реактор
Хурдасгуураар удирдагдах цөмийн реактор-үржүүлэгчийг байгуулах зарчмын бүдүүвчийг сонгох нь ийм реакторын аюулгүй ажиллагааг хангана.
Цөмийн хуваагдал бүрд дундажаар 2.8 нейтрон гарах бөгөөд эдгээр нейтронуудын зарим нь 238U цөмд залгигдаж плутоны цөм үүсгэнэ. Цацрагийн залгилт бүрт харгалзах задралаар плутоны-239 үйлдвэрлэгдэх биш мөн плутоны-240, 241, америци-241, кюри-242, 244 гэх мэт актинид үүсэх бөгөөд эдгээр нь реакторын ашигласан түлшний цацраг идэвхт бохирдлын ихэнх хувийг бүрдүүлнэ.

1960-аад оноос эхлэн цөмийн түлшний нэг хувилбар болох 233U-г ашиглахад анхаарлаа хандуулж байна. 233U тори-232 цөм нейторныг залгих урвалаар гарган авна.  233U цөмийн түлш ашиглах үед нейтроны 5 залгилт болсны дараа актинид бий болж үйлдвэрлэгдэнэ. Иймээс 233U-г түлш болгон ашиглах реакторт Pu түлштэй реактортай харьцуулахад актини бага үүснэ.

ДҮГНЭЛТ

Цөмийн эрчим хүчний ирээдүйн хөгжилд цахилгаан цөмийн реакторын талаарх туршилт, судалгааны ажил хийх, түүний хийцийг лабораторийн нөхцөлд шалгах шааардлага тавигдаж байна. Үүний тулд найдвартай ажиллагаатай протоны хурдасгуур шаардлагатай бөгөөд ийм хурдасгуурыг техникийн хувьд хийх боломжтой.
Цахилгаан цөмийн реакторыг зохион бүтээж ашигласнаар одоогийн цөмийн эрчим хүчний реакторуудыг ашиглахад тулгарч байгаа асуудлыг шийдэж аюулгүй ажиллагаатай, экологийн хувьд цэвэр цөмийн эрчим хүчний үйлдвэрлэл бий болох боломжтой.

Цөмийн эрчим хүчний ийм шинэ технологийг хөгжүүлэх үйл явц нь дараах хоёр үе шаттайгаар хэрэгжих хандлагатай байна. Үүнд:
Нэгдүгээр үе шат: Дэвшүүлж байгаа зорилгыг шийдвэрлэхээр сонгосон чиглэл үнэн болохыг батлах өргөн хүрээтэй туршилтын газар бий болгож судалгаа явуулах шаардлагатай. Цаашдаа энэ туршилтын газар нь цахилгаан цөмийн реакторын технологийг иж бүрэн боловсруулах үндэс болно.
Хоёрдугаар үе шат: Аюулгүй ажиллагаатай, экологийн хувьд цэвэр цөмийн эрчим хүчийг үйлдвэрлэхэд зориулагдсан цогцолбор төхөөрөмж болох цахилгаан цөмийн реакторыг зохион бүтээж ашиглана.

Хариу Үлдээх

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

Та WordPress.com гэсэн бүртгэлээрээ сэтгэгдэл бичиж байна. Гарах /  Өөрчлөх )

Google photo

Та Google гэсэн бүртгэлээрээ сэтгэгдэл бичиж байна. Гарах /  Өөрчлөх )

Twitter picture

Та Twitter гэсэн бүртгэлээрээ сэтгэгдэл бичиж байна. Гарах /  Өөрчлөх )

Facebook photo

Та Facebook гэсэн бүртгэлээрээ сэтгэгдэл бичиж байна. Гарах /  Өөрчлөх )

Connecting to %s