Ускоряемый субкритический реактор (ADSR) — это конструкция ядерного реактора, образованная путем соединения существенно субкритического ядра ядерного реактора с высокоэнергетическим протонным или электронным ускорителем. Он может использовать торий в качестве топлива, который более распространен, чем уран . [1]
Нейтроны, необходимые для поддержания процесса деления, будут предоставлены ускорителем частиц , производящим нейтроны путем расщепления или фотонейтронного производства. Эти нейтроны активируют торий, делая возможным деление без необходимости делать реактор критическим. Одним из преимуществ таких реакторов является относительно короткий период полураспада их отходов. Для протонных ускорителей высокоэнергетический протонный пучок воздействует на расплавленную свинцовую мишень внутри активной зоны, откалывая или «откалывая» нейтроны от ядер свинца. Эти нейтроны расщепления преобразуют фертильный торий в протактиний-233 и через 27 дней в делящийся уран-233 и запускают реакцию деления в уране. [1]
Ториевые реакторы могут вырабатывать электроэнергию из остатков плутония , остающихся после работы урановых реакторов. Торий не требует значительной очистки, в отличие от урана, и имеет более высокий выход нейтронов на поглощенный нейтрон.
«Электронная модель многих приложений» ( EMMA ) — это новый тип ускорителя частиц, который может поддерживать ADSR. Прототип был построен в лаборатории Дарсбери в Чешире, Великобритания. Уникально то, что EMMA — это новый гибрид циклотрона и синхротрона , объединяющий их преимущества в компактной, экономичной форме. EMMA — это немасштабируемый переменный градиент с фиксированным полем ( ускоритель FFAG ). Прототип ускоряет электроны от 10 до 20 МэВ, используя существующий ускоритель ALICE в качестве инжектора. В ускорителях FFAG магнитное поле в поворотных магнитах постоянно во время ускорения, заставляя пучок частиц двигаться радиально наружу по мере увеличения его импульса. Немасштабируемый FFAG позволяет величине, известной как « бетатронная настройка», бесконтрольно изменяться. В обычном синхротроне такое изменение приводит к потере пучка, поскольку настройка попадает в различные резонансные условия. Однако в EMMA луч пересекает эти резонансы так быстро, что луч выживает. Прототип ускоряет электроны вместо протонов, но генераторы протонов могут быть построены с использованием тех же принципов. [2] [3]
В отличие от урана-235, торий не делится – он по сути не делится сам по себе, демонстрируя период полураспада 14,05 млрд лет (в 20 раз больше, чем у U-235). Процесс деления останавливается, когда останавливается протонный пучок, например, когда пропадает питание, так как реактор находится в подкритическом состоянии. Производятся микроскопические количества плутония, которые затем сжигаются в том же реакторе. [1]
Норвежская группа Aker Solutions купила патент США 5774514 «Усилитель энергии для производства ядерной энергии, управляемый ускорителем пучка частиц», принадлежащий лауреату Нобелевской премии физику Карло Руббиа , и по состоянию на 2013 год работала над ториевым реактором. Компания предлагает сеть небольших реакторов мощностью 600 мегаватт, расположенных под землей, которые могут питать небольшие сети и не требуют огромного сооружения для обеспечения безопасности. Стоимость первого реактора оценивается в 2 млрд фунтов стерлингов. [4]
Ричард Гарвин и Жорж Шарпак подробно описывают усилитель энергии в своей книге «Мегаватты и мегатонны: поворотный момент в ядерном веке?» (2001) на страницах 153–163.
Ранее общая концепция усилителя энергии , а именно подкритического реактора, управляемого ускорителем, была рассмотрена в книге «Вторая ядерная эра» (1985) Элвина М. Вайнберга и других.