俄測試經(jīng)濟安全的混合核反應(yīng)堆 加速熱核能的發(fā)展

俄羅斯托木斯克理工大學(xué)科研人員與其他科學(xué)家共同創(chuàng)建并測試了一種獨特的混合反應(yīng)堆熱核組件，該系統(tǒng)結(jié)合了不同類型反應(yīng)堆的優(yōu)勢，并具有安全、經(jīng)濟和體積緊湊的特點。相關(guān)研究結(jié)果近日發(fā)表在《核工程與技術(shù)》雜志上。

托木斯克理工大學(xué)科學(xué)家解釋說，混合反應(yīng)堆系統(tǒng)(“聚變—裂變”系統(tǒng))結(jié)合了常規(guī)裂變反應(yīng)堆的可靠性以及熱核能的經(jīng)濟性和環(huán)境安全性。該系統(tǒng)由一個熱核中子源和一個重核裂變的活性區(qū)(所謂的反應(yīng)堆再生區(qū))組成。燃料是釷和武器級钚的混合物。科學(xué)家稱，釷本身并不是能源，但由它可形成鈾233，鈾在活性區(qū)的積累增加了燃料循環(huán)的持續(xù)時間。用釷代替常規(guī)裂變反應(yīng)堆中的鈾238可以顯著減少放射性廢物。

研究人員表示，與基于使用中子吸收器的裂變反應(yīng)堆不同，混合系統(tǒng)再生區(qū)中燃料的狀態(tài)是由添加來自熱核源的中子來調(diào)節(jié)的。在上述研究項目中，由氣動磁陷阱提供服務(wù)，其中氘和氚保持在高溫等離子體狀態(tài)。

托木斯克理工大學(xué)核燃料循環(huán)系副教授謝爾蓋·貝登科解釋說，在等離子體中，氘和氚離子相互碰撞，結(jié)合成氦核，并釋放出高能中子。它們以脈沖方式從真空室到達再生區(qū)，支持重核的裂變。混合系統(tǒng)的主要區(qū)別在于，核材料并不像傳統(tǒng)反應(yīng)堆那樣處于嚴格的臨界狀態(tài)，而是處于接近臨界的狀態(tài)，這就排除了不受控制的連鎖反應(yīng)的可能性。由于裂變而釋放出的能量由氦冷卻劑輸出，當(dāng)連接燃氣輪機和發(fā)電機時，加熱到約730攝氏度的氦氣不僅可以產(chǎn)生電能，而且還可以通過甲烷的蒸汽轉(zhuǎn)換產(chǎn)生氫氣。他稱，在研究過程中，還確定了熱核中子源的最佳參數(shù)，以使混合系統(tǒng)的再生區(qū)始終保持在受控的近臨界狀態(tài)，并研究了單次熱核點火脈沖后產(chǎn)生的核裂變波的影響。

據(jù)悉，正在開發(fā)的混合反應(yīng)堆體積緊湊，功率約60—100兆瓦，具有在不需重新裝卸燃料的條件下可運行8年以上的能力。科學(xué)家認為，這將使它便于在偏遠地區(qū)使用，以獲得電能、熱能和清潔氫燃料。同時，研究中使用的氣動磁陷阱可以使高溫等離子體的保持時間比其他現(xiàn)有系統(tǒng)更長。這將有助于更好地研究其內(nèi)部發(fā)生的熱核聚變過程以及在硬中子輻照條件下反應(yīng)堆中各種元素的相互作用，大大加速熱核能的發(fā)展。(董映璧)