Utvecklingsländer sätter kärnkraft på snabbspolning

Snabba reaktorer, vars höghastighetsneutroner kan bryta ner kärnavfall, är på väg mot kommersialisering. Det budskapet har framförts kraftfullt av Ryssland, Kina och Indien.

Snabbspår: En snabbuppfödningstestreaktor vid kärnkraftskomplexet Kalpakkam i Indien.

Vid en global konferens sponsrad av Internationella atomenergiorganet förra veckan i Paris, beskrev Ryssland och Indien stora demonstrationsanläggningar som kommer att börja fungera nästa år och ytterligare installationer som fortfarande är i designfasen. Kina beskrev samtidigt ett brett FoU-arbete för att få snabba reaktorer att omfatta minst en femtedel av dess kärnkraftskapacitet till 2030.

Genom att bryta ner de mest hållbara och hetaste komponenterna i använt bränsle från lättvattenreaktorer skulle snabba reaktorer bara behöva 2 procent av det utrymme som en konventionell reaktor kräver för att lagra använt bränsle. Snabba reaktorer skulle också minska den tid som avfallet måste ligga kvar i förvaring från cirka 300 000 år till bara 300 år. Kommer de att eliminera behovet av geologiska förvar? Nej. Men det kommer att minska bördan, säger Thierry Dujardin, tillförordnad biträdande generaldirektör för Organisationen för ekonomiskt samarbete och utvecklings Paris-baserade kärnenergibyrå.

Trots det lockande löftet var dock de inneboende riskerna med dagens toppmoderna snabba reaktorer också stora på konfab i Paris, som avslutades några dagar före måndagens tvåårsjubileum av Fukushima-olyckan i Japan. På konferensen sa Dujardin att bränslesäkerhet och förebyggande av allvarliga olyckor måste ha hög prioritet för snabb reaktorforskning.

Problemet med de flesta snabba reaktorer i konstruktion eller utveckling är det smälta natriumet som kyler deras kärnor. Smält natrium är mycket frätande och exploderar vid kontakt med vatten och syre. Farligast är dock att den natriumkylda snabba reaktorn, eller SFR, uppvisar vad fysiker kallar positiv reaktivitet. Till skillnad från konventionella reaktorer, som upplever sin snabbaste möjliga kedjereaktion vid full effekt, kan SFR:s kedjereaktion accelerera ytterligare än vad dess utrustning är konstruerad för att hantera. Detta gör att sådana reaktorer löper större risk för en skenande reaktion som kan orsaka en härdsmälta eller bryta sönder dess stålinneslutningskärl.

Många tekniska presentationer vid förra veckans möte fokuserade på förbättrade material och design avsedda att skydda SFR från de mest extrema olyckor man kan tänka sig. Men alternativa kärndesigner var också väl representerade, och vissa länder säkrar sina insatser genom att testa alternativen. Ett amerikanskt företag, Transatomisk kraft , nyligen avslöjade konstruktioner för en ny sorts smältsaltreaktor, som har andra säkerhetsegenskaper än en reaktor som kyls av smält natriummetall och som ska vara kompakt och billig att tillverka (se Säkrare kärnkraft till halva priset ).

Denna dubbla strategi är synlig inom det snabba reaktorprogrammet för Rosatom, Rysslands statliga kärnkraftsbolag. Valery Rachkov, vetenskaplig chef för Leipunski Institute of Physics and Power Engineering inom Rosatom, säger att Ryssland behöver snabba reaktorer för att upprätthålla sitt kärnkraftsprogram. Lättvattenreaktorer under uppbyggnad i Ryssland kommer att ge landet ytterligare 10 gigawatt kärnkraftskapacitet till 2020 – en ökning med 42 procent – ​​men ytterligare tillväxt kommer att bli svår om inte Ryssland kan hantera sitt använda bränsle, säger Rachkov.

Därför riktade Rosatoms investering på 2,5 miljarder euro (3,25 miljarder USD) inte bara till snabb reaktorteknik utan också anläggningar för att återvinna använt bränsle till bränsle för snabba reaktorer. Rosatom har drivit sin BN-600, en snabbreaktor på 600 megawatt, sedan 1980 vid kärnkraftverket i Beloyarsk. Rosatom räknar med att börja använda en uppgraderad version på 880 megawatt i Beloyarsk nästa år. Det skulle vara nära storleken på 1 000 megawatt för vissa kommersiella kärnreaktorer.

Ivanovitch Zagorulko, en snabbreaktorspecialist vid Rosatoms Leipunski Institute, säger att BN-600 upplevde allvarliga natriumläckor endast under de första fyra åren av drift. Och han säger att en incident från 1987 – där partikelföroreningar som byggdes upp i natriumkylvätskan orsakade en acceleration av dess kedjereaktion – löstes med ett förbättrat reningssystem och stramare luftflödeskontroll under underhåll för att hålla föroreningar ute. Han tillägger att BN-800 ger ytterligare säkerhetsförbättringar.

Men Zagorulko säger att det fortfarande finns ett stort gap mellan BN-800:s design och de internationella säkerhetskriterier som Rosatom avser att uppfylla med en 1 200 megawatt snabb reaktor i kommersiell skala, BN-1200, nu i designfasen. Sergey Shepelev, en representant för Afrikantov OKBM, ett dotterbolag till Rosatom, vägrade att diskutera BN-600:s incident från 1987 under en öppen panelsession. När Shepelev förhördes efter sessionen sa Shepelev att det fanns många versioner av händelsen och att det inte var känt vad som är rätt, men att han var säker på att BN-1200 var absolut en säker design.

Rosatom utvecklar också en annan snabb reaktor kyld med smält bly. Blykylvätska är mindre frätande än natrium och kemiskt inert mot vatten och luft. Den har aldrig använts i ett kraftverk, men reaktorerna i Rysslands kärnubåtar har länge kylts med en blylegering. Rosatoms plan kräver att en 300 megawatt blykyld demonstrationsanläggning ska vara i drift i Beloyarsk 2020.

Vissa länder är mer hängivna åt befintlig snabbreaktorteknik. Indiska forskare argumenterade häftigt för säkerheten hos natriumkylda reaktorer vid mötet i Paris. Indiens demonstrationsanläggning på 500 megawatt SFR närmar sig färdigställandet i Kalpakkam, och det statligt ägda Indian Nuclear Power Corporation har grönt ljus för att bygga ytterligare två 500 megawatts SFR på platsen.

Redundanta passiva säkerhetssystem är ett svar, enligt Narayanasamy Mahendran, en ingenjör med Indian Nuclear Power. Backupkylslingor, till exempel, använder enbart konvektion för att dra värme från reaktorn och dumpa den i luften ovanför reaktorbyggnaden. Deras anläggning har fyra sådana slingor med två distinkta mönster. Vilken som helst två borde kunna hålla en reaktor sval i händelse av ett strömavbrott på en station som den som vände upp Fukushima. På liknande sätt, säger han, är härdstyrstavarna upphängda av elektromagneter och kan därmed passivt falla av gravitationen för att omedelbart klämma reaktorn under en stationsavbrott.

Europeiska, japanska och amerikanska forskare vid Paris hade forskningsframsteg att notera men ingen finansiering för att stödja stora demonstrationsprojekt. För USA ligger fokus på att hitta förvar för mellan- och långtidslagring av avfall. USA kommer att fokusera på geologisk slutförvaring under åtminstone några decennier, säger Peter Lyons, USA:s biträdande energisekreterare för kärnenergi.

Avsaknad av finansiering i Japan och Europa beror till stor del på Fukushimas korrosiva inverkan. Frankrike gör det ensamt i Europas enda välfinansierade snabbreaktorprogram: en design på 650 miljoner euro som heter Astrid som innehåller några djärva nästa generations komponenter. Till exempel, solid-state elektromagnetiska pumpar flytta natrium kylvätska. De förväntas vara mer effektiva och pålitliga än pumpar med rörliga delar.

Men Astrids framtid hänger på en fransk energipolitisk granskning som påbörjades förra månaden och som ännu kunde se landet vända sig bort från kärnkraft (se Kommer Frankrike att ge upp sin roll som kärnkraftverk?). Pierre Le Coz, projektledaren vid Frankrikes atomenergikommission, säger att om Frankrike har börjat dra sig ifrån kärnenergi om fem år, när Astrids design är mogen, kommer de förmodligen inte att få grönt ljus att bygga.

Japans snabbreaktorprogram ledde en gång världen, men det är nu fruset - tillsammans med alla utom två av Japans kärnreaktorer. På varandra följande japanska premiärministrar försöker omdefiniera Japans energipolitik i spåren av Fukushima-olyckan. Var och en av de japansktalande förra veckan inledde sina samtal med en påminnelse om de över 100 000 människor som fortfarande är fördrivna från sina hem – av vilka några aldrig kommer att återvända – och om fisket och stora skogar som fortfarande är förorenade.

De var lika medvetna om olyckans inverkan på sina kollegors ansträngningar att främja kärnenergi. Som Shunsuke Kondo, ordförande för den japanska atomenergikommissionen, uttryckte det i sitt tal: Det faktum att denna olycka har väckt oro runt om i världen om säkerheten vid kärnkraftsproduktion är något Japan tar med stort allvar.

Dölj