Nowa konstrukcja reaktora prędkiego na stopionych solach poprawia bezpieczeństwo energetyki jądrowej
Według opublikowanego niedawno raportu ONZ do końca tego stulecia liczba ludzi na świecie ma sięgnąć prawie 11 miliardów, co zwiększy ogólne zapotrzebowanie energię. Efekt cieplarniany i zmiana klimatu oznaczają konieczność pilnego wprowadzania na szeroką skalę niskoemisyjnych rozwiązań energetycznych. Energetyka jądrowa stanowi jedno z takich rozwiązań. Unia Europejska jest największym światowym producentem energii elektrycznej z elektrowni jądrowych, a energetyka jądrowa należy do podstawowych elementów europejskiego Planu działania w zakresie energii do roku 2050. Jednak pamiętając o katastrofach w Czarnobylu i Fukushimie-Daiichi, uzyskanie powszechnego poparcia dla energetyki jądrowej będzie wymagało rozwiania obaw dotyczących bezpieczeństwa i wpływu na środowisko. Wspierana ze środków unijnych inicjatywa SAMOFAR, realizowana w ramach programu badawczego Euratom, wniosła wkład prace związane z projektowaniem reaktorów prędkich na stopionych solach (ang. Molten Salt Fast Reactor, MSFR), które mają pozwolić na dokonanie przełomu w dziedzinie bezpieczeństwa jądrowego i gospodarowania odpadami promieniotwórczymi. Wśród osiągnięć projektu należy wymienić udoskonalenie ogólnej konstrukcji reaktora, opracowanie zintegrowanych metod oceny bezpieczeństwa, zaprojektowanie zaworów bezpieczeństwa i zgromadzenie bardziej dokładnych danych na temat zachowania się soli stosowanych w systemie.
Bezpieczne i ekologiczne, z optymalnym gospodarowaniem odpadami
Nowa generacja reaktorów jądrowych musi być od początku projektowana z zachowaniem najsurowszych norm bezpieczeństwa. Jak czytamy w planie działania platformy technologicznej na rzecz zrównoważonej energetyki jądrowej, dalszy rozwój reaktorów FBR i związanych z nimi cykli paliwowych jest szczególnie ważny ze względu na ich efektywność paliwową w porównaniu z reaktorami palnikowymi. „Reaktor FBR produkuje więcej materiału rozszczepialnego, niż zużywa, podczas gdy reaktor palnikowy niszczy więcej materiału rozszczepialnego (głównie plutonu), niż produkuje”, wyjaśnia Jan Leen Kloosterman, koordynator projektu. Opracowany w projekcie SAMOFAR reaktor MSFR może działać albo jako reaktor FBR w torowym cyklu paliwowym z recyklingiem in situ pierwiastków promieniotwórczych (tzw. aktynowców), albo jako reaktor palnikowy zasilany plutonem i aktynowcami śladowymi, spalający długożyciowe odpady promieniotwórcze. W reaktorze zaprojektowanym w ramach inicjatywy SAMOFAR ciekła sól jest nośnikiem paliwa i ciepła. Ponieważ ciekła sól znajduje się pod ciśnieniem otoczenia, po podgrzaniu może się swobodnie rozszerzać, dając wyraźną ujemną wartość współczynnika reaktywności przestrzeni parowych. Oznacza to, że jeśli reaktor nadmiernie się nagrzeje, następuje automatyczne spowolnienie reakcji rozszczepienia oraz stabilizacja temperatury do akceptowalnego poziomu, ponieważ pasywne ciepło przemiany promieniotwórczej jest odprowadzane do otoczenia. W razie wypadku, aby odprowadzić ciepło przemiany promieniotwórczej, mieszanka soli paliwowej zostaje automatycznie odprowadzona przez „korki zamrażające” do zbiorników awaryjnych. Mieszanka soli paliwowej jest poddawana ciągłemu oczyszczaniu w zintegrowanej instalacji chemicznej. Zespół przeprowadził szereg testów badających zachowanie dynamiczne wewnętrznie ogrzanych instalacji płynów (takich jak stopiona sól w reaktorze) oraz właściwości samej płynnej soli, badając uwalnianie się produktu rozszczepienia, właściwości termofizyczne, zjawiska zamrażania/topienia i działanie korków zamrażających. Opracowano także symulator komputerowy demonstrujący reakcję reaktora SAMOFAR na eksploatacyjne stany przejściowe (takie jak rozruch, wyłączenie, praca w reżimie nadążnym itp.). „W połączeniu z testami dało nam to bardzo przydatny wgląd w dynamiczne zachowanie i możliwości reaktora, które okazały się bardzo dobre”, mówi Kloosterman.
Wzmocnienie unijnego przemysłu jądrowego
„Projekt umożliwił powstanie wielu wiodących systemów, instrumentów i innowacji w dziedzinie kodów modelowania, a tym samym przyczynił się do zajęcia przez UE miejsca w czołówce badań naukowych niezbędnych do budowy reaktorów MSFR”, podsumowuje Kloosterman. Zespół pracuje obecnie nad modelowaniem MSFR i eksperymentalnym zatwierdzaniem tych kodów w celu dalszego ograniczenia prawdopodobieństwa wypadków.
Słowa kluczowe
SAMOFAR, jądrowy, energetyka, energia, reaktor, paliwo, rozszczepienie, Czarnobyl, Fukushima-Daiichi, tor, pluton
