Nowa konstrukcja reaktora prędkiego na stopionych solach poprawia bezpieczeństwo energetyki jądrowej
Według opublikowanego niedawno raportu ONZ(odnośnik otworzy się w nowym oknie) 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(odnośnik otworzy się w nowym oknie). 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(odnośnik otworzy się w nowym oknie), realizowana w ramach programu badawczego Euratom(odnośnik otworzy się w nowym oknie), wniosła wkład prace związane z projektowaniem reaktorów prędkich na stopionych solach(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (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(odnośnik otworzy się w nowym oknie), dalszy rozwój reaktorów FBR(odnośnik otworzy się w nowym oknie) 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(odnośnik otworzy się w nowym oknie) z recyklingiem in situ pierwiastków promieniotwórczych (tzw. aktynowców)(odnośnik otworzy się w nowym oknie), 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(odnośnik otworzy się w nowym oknie). 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.
