Podkritický reaktor riadený urýchľovačom () je jadrový reaktor, ktorý nedokáže samovoľne udržať štiepnu reakciu a na jej udržanie potrebuje neutrónovú ekonomiku dotovať (riadiť) neutrónmi získanými pomocou urýchľovača častíc. Zaujímavosťou reaktora riadeného urýchľovačom je, že má vysokú mieru využitia paliva a naviac umožňuje spaľovať vyhorené jadrové palivo ľahkovodných reaktorov, alebo využiť tóriový cyklus.

História Koncept reaktora riadeného urýchľovačom sa pripisuje talianskemu vedcovi Carlovi Rubbiaovi. Publikoval návrh energetického reaktora (prezývaného „Rubbiatron“) založeného na protónovom cyklotrónovom urýchľovači s energiou lúča 800 MeV až 1 GeV a terčom s tóriom ako palivom a olovom ako chladivom. Rubbiatron vychádzal z koncepcií Národného laboratória Los Alamos, zverejnenou v publikácii „Druhá jadrová éra“ (1985) pod názvom An accelerator-driven sub-critical reactor.

Princíp fungovania ADSR Urýchľovač častíc

Urýchľovač častíc, najčastejšie protónový urýchľovač častíc využíva energiu protónov na naštartovanie a udržiavanie jadrových reakcií v reaktore. Protóny musia mať dostatočnú energiu, aby prekonali Coulombovu bariéru – elektrostatickú odpudivú silu a mohli vyraziť z terča neutrón. Pri nízkych energiách je však nízka výťažnosť a na jeden získaný neutrón sú potrebné tisíce protónov. Pre vysoké energie významne stúpa pravdepodobnosť účinného zásahu jadra v terči až takmer k 100% a naviac sa pridáva spalačný účinok, kedy má protón dostatok energie na to, aby jadro rozbil na fragmenty a ešte vyrazil z terču aj viac neutrónov a ešte aj s vyššími energiami. Spalačný účinok efektívne spôsobí viac sekundárneho štiepenia. Vzhľadom na nízku účinnosť premeny elektrickej energie na energiu protónového lúča je efektívnosť zásahu signifikantná a to najmä pre priemyselné použitie.

Bezokienkový prenos energie Bezokienkový prenos energie protónového lúča na spalačný terč vykazuje vyššiu efektívnosť prenosu energie ako prenos cez okienko. Avšak bezokienkový prenos sa používa pri nižších teplotách chladiva (oproti okienkovému prenosu energie), čo zas znižuje efektívnosť carnotovho cyklu pri výrobe elektrickej energie.

Terč môže byť bezokienkový (angl. windowless), ak je vákuum v urýchľovači častíc spoločné s vákuom v reaktore. Pri bezokienkovom terči sa reaktor prevádzkuje pri relatívne nízkych teplotách a používa sa chladivo s nízkym tlakom nasýtených pár. Pokiaľ hrozí prenikanie pár z reaktora do urýchľovača častíc, musí byť urýchľovač častíc chránený napríklad viacnásobným vákuovaním v blízkosti reaktora, a použitím desublimácie vo vymrazovacej pasci.

Pokiaľ je spalačný terč v reaktore chladený chladivom pod tlakom, pre oddelenie od vákua v urýchľovači častíc je požívané okienko z tenkého kovu, ktorým prelieta protónový lúč. Tým sa však časť energie lúča vyplytváva a naviac okienko má obmedzenú životnosť.

Spalačný terč

Spalačný terč sa používa: pevný (pre malé záťaže) rotačný (čím sa rozloží energia dopadajúceho lúča na väčšiu plochu) kvapalný ( teplo efektívne odchádza v prúdiacom kove) množivý (priamo produkuje štiepením ďalšie neutróny)

Jadrový reaktor V roku 2026 sú ADSR reaktory vo vývoji. Energia lúča, druh paliva, použitý moderátor a reflaktory neutrónov ovplyvňujú neutrónovú ekonomiku a prebiehajúce reakcie. To umožňuje vytvárať samoudržateľné systémy s vysokou mierou využitia paliva ako i používať tieto reaktory ako na spaľovanie jadrového odpadu, tak i na obohacovanie prírodného uránu, alebo tória a produkovať rôzne izotopy.

Chladivo

Vzhľadom na nutnosť odvádzať vysoké tepelné výkony a minimalizovať účinný prierez pre neutróny sa často používajú na chladenie reaktorov roztavené kovy alebo plyn. V prípade použitia roztaveného olova je možné jeho použitie aj ako kvapalného spalačného terča. Zliatina olova a bizmutu je použitá napríklad v projekte MYRRHA, kde je použitý bezokienkový prenos energie. Na čerpanie chladiva (kvapalného kovu) v projekte MYRRHA je použité MHD čerpadlo (magnetohydrodynamické čerpadlo).

Energetický zisk Minimálny energetický zisk, pre pokrytie vlastnej spotreby, musí tepelný výkon reaktora prekročiť výkon protónového lúča aspoň 12 násobne. To je obvykle možné pri podkritickej prevádzke s koeficientom pod 0,95. Pri prevádzke s koeficientom podkritickosti 0,95 je zisk až 50 násobný, pričom ostáva zachovaná ovládateľnosť reaktora pomocou urýchľovača častíc.

Projekty a výskum

Belgicko: MYRRHA – Prvý veľký urýchľovačom riadený reaktor na svete, ktorý sa vyvíja v stredisku SCK CEN. Čína: Výrazne investuje do vývoja ADS na transmutáciu jadrového odpadu so súčasným využitím jadrovej energie. Česko: Výskumný projekt ADAR (Pokročilý jadrový reaktor riadený urýchľovačom) s využitím tekutých solí. Japonsko: JAEA-ADS urýchľovačom riadený reaktor o tepelnom výkone 800 MW. Predpokladá sa 270 MW elektrický výkon delený na 100 MW vlastnej spotreby a 170 MW výstupný výkon do siete. Palivom má byť vyhorené palivo ľahkovodných reaktorov. Protóny v 30 MW lineárnom urýchľovači majú dosahovať energie až 1,5 GeV pri 20 mA prúde.

Referencie

Kategória:Jadrové reaktory Kategória:Tórium