211service.com
Advanced Reactor kommer närmare verkligheten
Terrapower, en startup som delvis finansieras av Nathan Myhrvold och Bill Gates, går närmare att bygga en ny typ av kärnreaktorer som kallas en resande vågreaktor som drivs på en riklig form av uran. Företaget ser det som ett möjligt alternativ till fusionsreaktorer, som också värderas för sin potential att producera kraft från en nästan outtömlig bränslekälla.
Drömväxt: En nyligen genomförd konstruktion för en kärnreaktor känd som en resande vågreaktor liknar vissa konventionella kärnkraftskonstruktioner, men hur den fungerar är mycket annorlunda.
Arbetet med Terrapowers reaktordesign började 2006. Sedan dess har företaget ändrat sin ursprungliga design för att få reaktorn att se mer ut som en konventionell. Förändringarna skulle göra reaktorn lättare att konstruera och bygga. Företaget har även beräknat exakta dimensioner och prestandaparametrar för reaktorn. Terrapower räknar med att börja bygga en demonstrationsanläggning på 500 megawatt 2016 och starta den 2020. Den arbetar med ett konsortium av nationella laboratorier, universitet och företag för att övervinna den primära tekniska utmaningen med den nya reaktorn: att utveckla nya material som kan tål användning i reaktorhärden i årtionden åt gången. Det har ännu inte säkrat en plats för en experimentanläggning - eller finansieringen för att bygga den.
Reaktorn är designad för att vara säkrare än konventionella kärnreaktorer eftersom den inte kräver elektricitet för att driva kylsystem för att förhindra en härdsmälta. Men den nya reaktorn löser inte det som förmodligen är det största problemet som kärnkraften står inför idag: de höga kostnaderna för att bygga dem. John Gilleland, Terrapowers vd, säger att företaget förväntar sig att reaktorerna kommer att kosta ungefär lika mycket att bygga som konventionella, men juryn är fortfarande inte med på det.
Konventionella reaktorer genererar värme och elektricitet som ett resultat av klyvningen av en sällsynt form av uran – uran 235. I en resande vågreaktor används en liten mängd uran 235 för att starta reaktorn. Neutronerna som reaktorn producerar omvandlar sedan det mycket rikligare uranet 238 till plutonium 239, ett klyvbart material som kan generera den värme som behövs för kärnkraft. Uran 238 är lätt tillgänglig delvis eftersom det är en avfallsprodukt från de anrikningsprocesser som används för att tillverka konventionellt kärnbränsle. Det kan också bli överkomligt i framtiden att utvinna uran 238 ur havsvatten om efterfrågan på kärnbränsle är hög. Terrapower säger att det finns tillräckligt med detta bränsle för att förse världen med ström i en miljon år, även om alla skulle använda lika mycket ström som människor i USA gör.
I den ursprungliga Terrapower-designen var reaktorhärden fylld med en stor samling uran 238. Processen att omvandla den börjar i ena änden och producerar plutonium som omedelbart delas för att generera värme och omvandla mer uran till plutonium. Reaktionen rör sig från ena änden till den andra - i en vandringsvåg - tills inga fler reaktioner kan inträffa.
I den nya designen sker alla reaktioner nära reaktorns centrum istället för att börja i ena änden och flytta till den andra. Till att börja med är uran 235 bränslestavar anordnade i mitten av reaktorn. Runt dessa stavar finns de som består av uran 238. När kärnreaktionerna fortskrider är uran 238-stavarna närmast kärnan de första som omvandlas till plutonium, som sedan används i fissionsreaktioner som producerar ännu mer plutonium i närliggande bränsle stavar. När de innersta bränslestavarna är förbrukade, tas de ut ur centrum med hjälp av en fjärrstyrd mekanisk anordning och flyttas till reaktorns periferi. De återstående uran 238 stavarna – inklusive de som var tillräckligt nära centrum för att en del av uranet har omvandlats till plutonium – blandas sedan mot mitten för att ersätta det använda bränslet.
I detta system genereras värmen alltid i ungefär samma område inom reaktorhärden - nära centrum. Som ett resultat är det lättare att konstruera systemen för att utvinna och använda värmen för att generera el.
En utmaning med denna design är att säkerställa att stålbeklädnaden som innehåller bränslet i bränslestavarna kan överleva exponering för årtionden av strålning. Nuvarande material är inte tillräckligt bra: för det första börjar de svälla, vilket skulle stänga av utrymmena mellan bränslestavarna genom vilka kylvätskan ska flöda. För att hålla i 40 år skulle materialen behöva göras två till tre gånger mer hållbara, säger Terrapower.
Företaget använder datormodeller för att förutse hur för närvarande tillgängliga material skulle förändras över tid, och utvecklar reaktordesigner som förutser dessa förändringar. Till exempel, om det är känt att ett material skulle svälla under förhållandena inuti reaktorn, skulle utrymmena mellan bränslestavarna utformas för att rymma denna svullnad, säger Doug Adkisson, verksamhetschef på Terrapower.
Terrapower har även utvecklat design för ett passivt kylsystem. Liksom många andra avancerade reaktorkonstruktioner använder Terrapowers smält natriummetall som kylvätska. Natrium tar mycket längre tid att koka än vatten, vilket ger anläggningsoperatörerna mer tid att reagera på olyckor. Det skulle också vara möjligt att använda naturlig konvektion och luftkylning i händelse av ett strömavbrott – kylvätska skulle inte behöva pumpas kontinuerligt in i reaktorn, vilket var fallet i Fukushima. En fara med att använda natrium är dock att det reagerar våldsamt när det utsätts för luft eller vatten.
Terrapowers nästa steg inkluderar att slutföra designen och hitta partners för att bygga anläggningarna. Det har fört samtal med organisationer i Kina, Ryssland och Indien. Gilleland säger att företaget räknar med att ha ett tillkännagivande om partners inom de närmaste månaderna.