Nowy typ reaktora opracowany w USA

fot. Terrapower

Naukowcy i inżynierowie z USA opracowali nowy typ reaktora – reaktor z falą wędrującą. Jest on bardziej wydajny i bezpieczniejszy od dotychczas stosowanych, choć nie tańszy – poinformował magazyn Technology Review.

Naukowcy i inżynierowie pracujący dla firmy technologicznej Terrapower, której współtwórcami są Nathan Myhrvold i Bill Gates, zakończyli opracowanie konstrukcji reaktora nowej generacji nazwanego reaktorem z fala wędrującą (TWR=Travelling Wave Reactor). Używa on do działania powszechnie występującej formy uranu U238, co powoduje iż może stanowić konkurencję dla rozwijanych obecnie reaktorów fuzyjnych.

Prace konstrukcyjne nad nowym reaktorem zaczęły się w Terrapower w 2006 roku. Obecnie naukowcy i inżynierowie pracujący dla tej firmy planują stworzenie w 2016 roku instalacji testowej o mocy 100 MW, która zaczęłaby pracę w 2020 roku i działaby 40-60 lat bez konieczności wymiany paliwa.

Z racji swoje konstrukcji TWR jest bezpieczniejszy niż obecnie budowane reaktory – nie wymaga zasilanego elektrycznością systemu chłodzenia, zapobiegającego przegrzaniu i wyciekowi. Jego wadą jest jednak koszt – cena TWR wynosi mniej więcej tyle, ile budowanego obecnie reaktora fuzyjnego.

W dzisiejszych reaktorach o konwencjonalnej konstrukcji ciepło i elektryczność wytwarzane są jako rezultat rozszczepienia rzadko spotykanej formy uranu – izotopu U235. W reaktorze z falą wędrującą potrzebna jest tylko niewielka ilość U235 do zainicjowania reakcji. Używany jest za to inny często spotykany izotop uranu – U238. Stanowi on produkt odpadowy w reakcjach wzbogacania uranu.

W reaktorze z falą wędrującą U238 jest zamieniany w pluton 239 (Pu239) konieczny do wytwarzania energii i ciepła. Naukowcy z Terrapower twierdzą, że gdyby zastosować U238 w reaktorach nuklearnych, wówczas paliwa jądrowego wystarczyłoby na milion lat, nawet gdyby każdy kraj zużywał tyle energii co USA.

W reaktorze TWR w rdzeniu urządzenia znajduje się niewielka ilość prętów paliwowych z U235. Są one otoczone prętami zawierającymi U238. Reakcja rozpoczyna się najpierw w prętach z U235, potem przyległych do nich prętach U238, gdzie następuje przemiana U238 w Pu239. Wypalenie prętów najbliżej rdzenia reaktora, spowoduje iż urządzenie sterujące przesunie je w najdalszy koniec palety z prętami, wstawiając na ich miejsce pręty, w których zaczęła zachodzić reakcja i pręty stojące obok.

Reaktor nie wymaga wymiany prętów, dopóki we wszystkich nie wypali się paliwo, co trwa w zależności od wielkości reaktora i ilości prętów od 40 do 60 lat. Nowy reaktor posiada pasywny system chłodzący oparty na sodzie metalicznym, przy czym dodatkowo zastosowany będzie wymuszony obieg powietrza i system wymiany ciepła, sprawiające, że chłodziwo nie będzie musiało być stale pompowane do reaktora.

Problemem w konstrukcji materiałów TWR są stopy stali, konieczne do wytworzenia osłon prętów paliwowych. Obecne stopy stalowe nie są w stanie pracować przez kilka dekad w środowisku tak silnego promieniowania, jakie panuje w reaktorze z wędrującą falą- wytwarzane z nich tubusy prętów puchną i pęcznieją, co w reaktorze mogłoby spowodować zamknięcie przestrzeni miedzy prętami i groźną awarię.

Według inżynierów pracujących dla Terrapower nowe stale muszą być 2-3 razy bardziej wytrzymałe niż stosowane obecnie. W ich projektowaniu mają być użyte na dużą skalę systemy komputerowe. Obecnie Terrapower rozmawia na temat konstrukcji nowych reaktorów TWR z firmami z Chin, Rosji i Indii.

Więcej: Bill Gates o przyszłości energii na konferencji TED2010

PAP