Reaktor jménem MYRRHA

Myrrha znamená – kromě označení vonné pryskyřice ceněné ve starověku více než zlato – nový typ jaderného reaktoru (Multipurpose hYbrid Research Reactor for High-tech Applications). Pokud se v provozu osvědčí, bude i on cennější než zlato a drahé kamení.

MYRRHA je zcela unikátní nový projekt jaderného reaktoru, jehož výstavba se chystá v Belgii. Reaktor by se měl začít stavět okolo roku 2014 a spouštět v roce 2024. Bude to první zařízení pracující na principu transmutace prvků pomocí urychlovačem řízeného jaderného tříštění. Výzkumný reaktor bude mít tepelný výkon 50–100 MW. Jednotka bude obsahovat urychlovač protonů na energii 600 MeV, tříštivý terčík a množivou aktivní zónu s palivem MOX (směs oxidů uranu a plutonia). Chladivem bude kapalná směs olova a vismutu (Pb-Bi). Celkové náklady se odhadují na 960 milionů eur. MYRRHA nebude komerčním zařízením, ale umožní ověřit efektivnost procesu a připravit cestu pro budoucí průmyslové transmutory.

popisky:

Accelerator =  urychlovač

Reactor.... = reaktor         subkritický stav                kritický stav

Spallation source = tříštivý terčík

Lead-Bismuth coolant = Pb-Bi chladivo

Fast neutron source = zdroj rychlých neutronů

Multipurpose.... =  víceúčelové ozařovací zařízení

Materiálový a technologický výzkum pro GenIV

MYRRHA poslouží jako ověřovací zařízení pro materiály a technologie jednoho z typů připravovaných jaderných reaktorů IV. generace, tzv. Lead Fast Reactors, tj. reaktorů s rychlými neutrony chlazenými tekutým olovem. Bude také výzkumnou základnou pro komponenty fúzních reaktorů a vesmírných aplikací.

Výroba neutrony ozářeného křemíku pro pokročilou elektroniku
Obnovitelné zdroje energie, jako moderní větrné elektrárny a fotovoltaické panely, ale také elektrická a hybridní auta, jsou závislé na pokročilé elektronice. Tato elektronika je založena zejména na polovodičích vyráběných ozařováním křemíku neutrony, kterým se dosahuje homogenní resistivity (odporu). Tyto materiály se dosud vyrábějí ozařováním v experimentálních reaktorech, MYRRHA možnosti výroby polovodičů značně rozšíří.

Produkce radioizotopů pro nukleární medicínu
Nukleární medicína znamená pro miliony pacientů na celém světě dnes už základní diagnostický i léčebný nástroj, zejména v případě rakovinných onemocnění. Radionuklidy pro medicínské použití v 80 % obsahují izotop molybdenu ⁹⁹Mo vyráběný ozařováním uranu. V Evropě existují jen tři reaktory, které tuto výrobu zvládnou. Tento radionuklid má velmi krátký poločas přeměny, a pokud výroba v některém ze tří reaktorů skončí, ohrozí to provoz řady zdravotnických pracovišť a pacientů. MYRRHA bude dalším zdrojem ⁹⁹Mo a v budoucnu dožívající produkční reaktory nahradí.

Základní vědecký výzkum
MYRRHA poslouží i jako ozařovací pracoviště pro výzkum technologií palivového cyklu, reaktorové a neutronové fyziky, materiálů a paliva. Experimentální využití se předpokládá také u protonového urychlovače, který bude součástí systému. Belgický provozovatel SCK•CEN nahradí novým reaktorem dožívající experimentální reaktor BR2 MTR z roku 1962. MYRRHA se tak stane důležitým prvkem celoevropského strategického výzkumu, jehož prioritami jsou rychlé reaktory a uzavřený palivový cyklus. Bude užitečná pro vývoj všech tří cest, o kterých se uvažuje jako o perspektivních: rychlých reaktorů chlazených sodíkem, olovem či plynem.

Princip reaktoru MYRRHA
Accelerator driven system (ADS) je neutronový zdroj vytvořený spřažením protonového urychlovače, tříštivého terčíku a podkritické aktivní zóny. Tato podkritická štěpná zóna je jeho největší výhodou – štěpná reakce v ní nemůže běžet samovolně. Štěpení probíhá jen, pokud je zapnut urychlovač. Vysokoenergetické protony v terčíku tříštivou jadernou reakcí vytvoří rychlé neutrony, které vlétávají do aktivní zóny a iniciují zde štěpení paliva. Neutronový tok, který vzniká, je velmi intenzivní; centrální prostor reaktoru s tříštivým terčíkem musí být malý – pouhých 10 cm v průměru.

Eutektická slitina Pb-Bi (LBE) byla vybrána pro její nízkou teplotu tání (124,5 °C), což umožňuje pracovat při relativně nízkých teplotách. Uvnitř aktivní zóny bude terčík o průměru 88 mm, od čehož je odvozena hustota protonového svazku 65 µA/cm². Navrženo je řešení „bez okna“, tj. bez oddělení prostoru vakuové trubice urychlovače a tekutého terčíkového materiálu. Směsné palivo MOX (oxidy uranu a plutonia) vybrali designéři reaktoru proto, že Belgie s ním již má zkušenosti(je palivem pro reaktor BR2 produkující rychlé neutrony). Belgický jaderný průmysl má své zkušenosti také s maximálním 35% obohacením plutonia.

Uspořádání reaktoru bude bazénové, všechny komponenty primárního okruhu – čerpadla, tepelné výměníky, manipulace s palivem a experimentální pomůcky – se vkládají shora průchody ve víku. Palivo se bude naopak vkládat zdola. To zajistí větší flexibilitu při provádění experimentů a vyšší bezpečnost – nejprve se připraví kompletně tříštivé zařízení a teprve pak se začne plnit palivem aktivní zóna. Nádoba reaktoru obsahující všechny komponenty aktivní zóny bude umístěna v kontejnmentu s řízenou a kontrolovanou atmosférou. Zařízení umožní inspekci, údržbu a opravy za provozu a bude plně dálkově ovládáno.

Parametry:

• 2,1 MW protonový svazek (600 MeV - 3,5 mA)
• tříštivý terčík a chladivo: eutektická slitina olova a vizmutu (Lead-Bismuth Eutectic - LBE)
• tepelný výkon 50-100 MW

Více na:
https://www.sckcen.be/en/infrastructure/myrrhahttp://myrrha.sckcen.be/en
http://www.iaea.org/OurWork/ST/NE/NEFW/documents/TMonUseofLEUonADS/PDFPapers/Sobolev_Paper.pdf
http://myrrha.sckcen.be/en/Bibliography/~/media/Files/Internet/SckCen/Myrrha/documents/A29_Maes_PDesign.ashx

Animace na:
https://www.youtube.com/watch?v=FSon1FQBxJo&t=26s

Slovníček

Eutektikum je tuhá směs (slitina) s tím poměrem složek, v němž je teplota tání nejnižší. Při chladnutí roztavené slitiny s jiným poměrem se vylučují krystaly bohaté na „nadbytečnou“ složku, takže tavenina se svým složením blíží euteuktiku, dokud ho nedosáhne. Pak se teprve při ochlazování vylučují krystaly euteurtika. Eutektika se používají právě z toho důvodu, že jejich teplota tání je výrazně nižší než teploty tání jednotlivých složek.

Podkritická aktivní zóna – počet nových neutronů vznikajících štěpením je nižší, než je počet neutronů vstupujících do reakce. Aby se udržela štěpná reakce, musejí být neutrony dodávány z vnějšího zdroje.

Použité jaderné palivo obsahuje aktinidy. Tyto prvky jsou nestabilní, ale mají velmi dlouhý poločas rozpadu. Pokud se nám podaří je odstranit nebo jejich obsah snížit, podstatně se tím zmenší nutné prostory pro úložiště a délka uložení použitého jaderného paliva, po kterou je toto palivo nebezpečně radioaktivní. Urychlovačem řízená transmutace je cestou, jak jádra aktinidů destruovat, tj. změnit je na jiné izotopy bombardováním tokem rychlých neutronů. Dlouhožijící štěpné produkty by se tak přeměnily na krátkožijící nebo neaktivní.