Ядзерны ўзмацняльнік

У ядзернай фізіцы ўзмацняльнік энергіі — гэта тып ядзерных энергетычных рэактараў, падкрытычны рэактар, у якім для ўзнікнення рэакцыі выкарыстоўваецца энергічны пучок часціц. У сваю чаргу, такая рэакцыя выдзяляе дастаткова энергіі для сілкавання паскаральніка часціц і адначасова для выпрацоўкі электраэнергіі (пераўтварэння яе ў электрычную або іншую). Гэта паняцце таксама называюць сістэмай з кіраваннем паскаральнікам (Accelerator-Driven System), альбо падкрытычным рэактарам, які кіруецца паскаральнікам.

Прататып яшчэ не пабудаваны. Патрэбны дадатковыя даследаванні, каб ацаніць практычную мэтазгоднасць і напрацаваць інжынерныя вырашэнні.

Гэта канцэпцыя італьянскага навукоўца Карла Рубіі, фізіка часціц Нобелеўскай прэміі і былога дырэктара еўрапейскай міжнароднай лабараторыі ядзернай фізікі CERN. Ён апублікаваў прапанову энергетычнага рэактара на аснове пратоннага паскаральніка цыклатрона з энергіяй пучка ад 800 МэВ да 1 ГэВ і мішэнню з торыем у якасці паліва і свінцом у якасці астуджальнай вадкасці. Схема Рубіі таксама выкарыстоўвае прынцыпы, распрацаваныя групай на чале з фізікам-ядзершчыкам Чарльзам Боўманам з Нацыянальнай лабараторыі ЗША ў Лос-Аламосе.^[1]

Энергія крыніцы часціц узмацняецца з дапамогай паскаральніка (напрыклад, лінейнага, cінхратрону, цыклатрону або паскаральніка са статычным полем і зменным градыентам — сінхрацыклатрону FFAG), каб атрымаць рэлятывісцкі пучок высокай энергіі пратонаў. Прамень накіраваны на пранікненне ў ядро цяжкай металічнай мішэні, напрыклад, свінцу, торыя ці ўрану. Неэластычныя сутыкненні паміж пратонным пучком і мішэнню прыводзяць да распаду, які стварае ад дваццаці да трыццаці нейтронаў за адзін раз.^[2] Магчыма павялічыць паток нейтронаў нейтронным узмацняльнікам у выглядзе тонкай плёнкі дзялімага матэрыялу, які атачае крыніцу распаду. Выкарыстанне ўзмацнення нейтронаў было таксама прапанавана ў рэактарах CANDU. Хоць CANDU і з’яўляецца пераважна крытычным дызайнам, многія паняцці могуць быць ужытыя да субкрытычнай сістэмы.^[3][4] Ядра торыя паглынаюць нейтроны, выпрацоўваючы такім чынам расшчапляемы ўран-233, ізатоп урану, якога ў прыродзе няма. Умераныя нейтроны выклікаюць дзяленне U-233, вызваляючы энергію.

Канструкцыя ўзмацняльніка можа быць створана ў цяперашні час з наяўнай тэхналогіяй, але патрабуе дадатковых даследаванняў, перш чым яна можа быць прызнана як практычнай, так і эканамічна мэтазгоднай.

Метадалогія сістэмы з кіраваннем паскаральнікам (ADS) даследуецца ў Японіі ў рамках праекта OMEGA (Option Making of Extra Gain from Actinides and fission products (яп.: オメガ計画)).

Рычард Гарвін і Жорж Шарпак падрабязна апісваюць узмацняльнік энергіі ў сваёй кнізе «Мегаваты і мегатоны — пераломны момант у ядзерную эпоху?» (2001) на старонках 153—163.

Раней агульная канцэпцыя ўзмацняльніка энергіі, а менавіта падкрытычнага рэактара, кіраванага паскаральнікам, была разгледжана Элвінам М. Вайнбергам і іншымі ў «Другой ядзернай эры» (1985) на старонках 62—64.

Канцэпцыя мае некалькі патэнцыяльных пераваг перад звычайнымі рэактарамі ядзернага дзялення:

• Падкрытычны дызайн азначае, што рэакцыя не можа перайсці ў некантралюемую — калі штосьці пойдзе не так, рэакцыя спыніцца і рэактар астыне. Аднак расплаў можа адбыцца, калі будзе страчана здольнасць астуджаць актыўную зону.
• Торый — элемент, што сустракаецца ў прыродзе значна часцей за ўран. Гэтая частата памяншае стратэгічныя і палітычныя праблемы паставак і змяншае патрэбу ў дарагім і энергаёмістым працзсе раздзялення ізатопаў. Торыю дастаткова для вытворчасці энергіі прынамсі на некалькі тысяч гадоў пры цяперашніх паказчыках спажывання.^[5]
• Узмацняльнік энергіі будзе вырабляць вельмі мала плутонію, таму, як мяркуецца, гэты прынцып больш варты да распаўсюджвання, чым звычайная ядзерная энергетыка (пытанне аб уране-233 як матэрыяле ядзернай зброі неабходна старанна ацаніць).
• Існуе магчымасць выкарыстання рэактара для спажывання плутонію, скарачаючы сусветныя запасы гэтага вельмі доўгажывучага элемента.
• Утвараюцца менш доўгажывучыя радыеактыўныя адыходы — адпрацаваны матэрыял разбураецца праз 500 гадоў да радыеактыўнага ўзроўню вугальнага попелу.
• Стварэнне ўзмацняльніка энергіі патрабуе толькі інжынерных намаганняў, а не фундаментальных даследаванняў (у адрозненне ад прапаноў ядзернага сінтэзу). Усе тэхналогіі стварэння ўзмацняльніка энергіі былі прадэманстраваны.
• Вытворчасць электраэнергіі можа быць больш эканамічна выгаднай у параўнанні з сучаснымі канструкцыямі атамных рэактараў, калі ўлічваць агульны паліўны цыкл і выдаткі на вывад з эксплуатацыі.
• Канструкцыя можа працаваць у адносна невялікіх памерах і можа змяняць выхадную магутнасць у згодзе са зменай нагрузкі, мадулюючы пратонны прамень. Такое рашэнне здаецца прыдатным для краін без добра развітай сістэмы электрасетак.
• Уласцівая бяспека і больш бяспечная транспартыроўка паліва (з-за меншага ўзбагачэння і меншай радыёактыўнасці) могуць зрабіць гэтую тэхналогію больш прыдатнай для развіваючыхся краін, а таксама для густанаселеных раёнаў.

• Кожны рэактар мае патрэбу ў сваім уласным усталяванні (паскаральніку часціц) для генерацыі пратоннага пучка высокай энергіі, што задорага зараз. Акрамя дарагіх лінейных паскаральнікаў часціц, яшчэ не было пабудавана ніводнага паскаральніка пратонаў з дастатковай магутнасцю і энергіяй (> ~12 MW пры 1 GeV). Зараз для стварэння нейтронаў, SNS (нейтронная крыніца) выкарыстоўвае пратонны прамень 1.44 MW, мадэрнізацыя прадугледжана да 5 MW.^[6] Яго кошт у 1.1 billion USD уключаў даследчае абсталяванне, не патрэбнае для камерцыйнага рэактара.
• Паліўны матэрыял трэба выбіраць старанна, каб пазбегнуць непажаданых ядзерных рэакцый. Гэта азначае поўнамаштабную ўстаноўку па перапрацоўцы ядзернай энергіі, звязаную з узмацняльнікам энергіі.^[7]

• Падкрытычны рэактар, які кіруецца паскаральнікам
• Узнаўляльная энергія
• Паліўны цыкл торыя
• Рэактар-размнажальнік, тып ядзерных рэактараў, які атрымлівае энергію за кошт стварэння большай колькасці расшчапляемых матэрыялаў, чым спажываецца.
• Ядзерная энергетыка на аснове торыя
• Захоп мюона
• Ядзерная трансмутацыя

• New Age Nuclear: артыкул пра ўзмацняльнікі энергіі | Часопіс «Космас»