Anonim

Caracteristică: Reactoare nucleare modulare mici - viitorul energiei?

EnvironmentFeature

David Szondy

17 februarie 2012

8 poze

Gizmag ia o privire detaliată asupra reactoarelor nucleare modulare mici și se întreabă dacă acestea dețin cheia pentru rezolvarea problemelor mondiale de energie și deșeuri nucleare (Photo: Shutterstock)

Anul acesta este unul istoric pentru energia nucleară, primele reactoare câștigând aprobarea guvernului american pentru construcții începând din 1978. Unii au văzut că iluminarea verde a două reactoare Westinghouse AP1000 va fi construită în Georgia ca începutul revigorării puterii nucleare în Occident, dar acest lucru ar putea fi un zgomot fals din cauza problemelor care se confruntă cu reactoarele convenționale. S-ar putea ca atunci când va apărea un nou boom în domeniul energiei nucleare, acesta nu va fi condus de instalații uriașe de gigawatt, ci de baterii de mici reactoare modulare (SMR) cu principii foarte diferite de cele ale generațiilor anterioare. Dar, deși o tehnologie de mare diversitate și potențial, multe obstacole stau în calea sa. Gizmag analizează în profunzime multe forme de SMR, avantajele lor și provocările pe care trebuie să le depășească.

La nivel global, există o cerere tot mai mare de energie electrică, care este ieftină, fiabilă și abundentă. Există, de asemenea, o nevoie tot mai mare de a găsi surse de energie care să nu se bazeze pe a face afaceri cu națiuni ostile sau instabile. În același timp, preocupările recente privind încălzirea globală au determinat multe guverne să-și promită națiunile să reducă cantitatea de dioxid de carbon pe care o generează, iar noile reglementări de mediu mai stricte amenință să închidă centrale cu cărbune în Europa și Statele Unite. Speranța a fost că investițiile masive în tehnologii alternative, cum ar fi energia solară și eoliană, ar compensa această reducere a capacității de producție, însă ineficiența și caracterul intermitent al acestor tehnologii au făcut clar faptul că ceva cu capacitatea și fiabilitatea instalațiilor de cărbune și gaze naturale era necesar. Nuclear, cu alte cuvinte.

Problema este că energia nucleară este cartoful politic proverbial fierbinte - chiar și în primele zile când noua sursă de energie a explodat pe scena mondială. O cantitate enormă de energie blocată în atom a ținut promisiunea unui viitor ca ceva dintr-o nopți arabe tehnologice. Ar fi o lume în care energia electrică ar fi fost prea ieftină, iar deserturile ar înflori, navele ar circula pe Pământ pe o cantitate de combustibil de dimensiunea unui baseball, avioane ar zbura de luni de zile fără aterizare, bolnavii ar fi vindecați și chiar și mașinile fi atomizat. Dar, deși energia nucleară a provocat schimbări incredibile în lumea noastră, în rolul său primar, generând energie electrică pentru case și industrie, a devenit mai puțin un miracol și mai mult o modalitate foarte complicată de apă clocotită.

Nu numai complicat, dar costisitor și potențial periculos. Deși s-au construit sute de reactoare în întreaga lume și unele țări, cum ar fi Franța, generează cea mai mare parte a energiei electrice, puterea nucleară sa confruntat cu întrebări continue privind costurile, siguranța, eliminarea deșeurilor și proliferarea. O sută patru plante nucleare furnizează Statelor Unite 20% din puterea națiunii, însă un permis de construcție nu a fost eliberat încă din 1978, fără ca noii reactoare să intre pe piață începând cu anul 1996 și după ce a provocat tulburarea de la mișcarea ecologică după accidentele nucleare de la Insula Three Mile, Cernobîl și Fukushima, părea puțin probabil ca vreunul să fie aprobat vreodată - până acum. Această opoziție acerbă pe plan intern față de energia nucleară a determinat multe guverne să adopte o poziție aproape schizofrenică cu privire la atom.

Germania, de exemplu, a decis să renunțe complet la energia nucleară în favoarea energiei alternative, dar apoi iarna severă a anilor 2011-12 a fost atât de frig încât Dunărea a înghețat, iar Berlin a trebuit să pună din nou în funcțiune unii dintre reactoarele mothballed. Această opoziție înseamnă, de asemenea, că multe țări occidentale dispun de o lipsă de ingineri nucleari, deoarece mulți o văd ca pe o industrie care nu merită să intre. Acest lucru este deosebit de acut în Statele Unite și Marea Britanie, nici unul dintre care nu și-a păstrat capacitatea de a construi navele uriașe ale reactoarelor și trebuie să exploateze acest lucru la producătorii de peste mări.

Mai rău, energia nucleară suferă de boom-ul de gaze naturale adus de noile tehnici de foraj și de fracturi care au deschis câmpuri noi de gaze în vest și au scăzut prețul gazelor până la punctul în care cărbunele și nucleul au un timp greu să le corespundă.

Energia nucleară tradițională: centrala nucleară Tricastin din Franța

Și banii reprezintă una din problemele-cheie ale unei revigorări a energiei nucleare. Până în prezent, tipurile de reactoare utilizate pentru generarea de energie electrică au avut tendința spre giganți, cu reactoare atingând niveluri de ieșire gigawatt. Cu plante care se miră că costurile de construcție, combinate cu obținerea de autorizații, asigurarea asigurărilor și întâmpinarea provocărilor legale din partea grupurilor ecologiste, pot determina costul unei instalații nucleare convenționale de până la 9 miliarde USD. De asemenea, înseamnă perioade foarte lungi de construcție de zece sau cincisprezece ani. Acest lucru nu este ajutat de faptul că centralele nucleare sunt personalizate proiectate de la zero în exerciții de multe miliarde de dolari în re-inventarea roții. Cu atât de mult timp și bani implicați, o schimbare neprevăzută a reglementărilor sau descoperirea unei erori geologice situate sub amplasamentul reactorului poate face acest lucru un caz de a pune o mulțime de ouă foarte scumpe într-un coș foarte nesigur.

Apoi, există probleme de siguranță. Reactorul este mai sigur astăzi decât oricând. Accidentul de la Fukushima sa întâmplat deoarece reactoarele lui Fukushima sunt un proiect foarte vechi - la fel de vechi ca cele mai vechi reactoare americane active. Dacă cutremurul și tsunami-ul care au lovit Fukushima au lovit un reactor modern, dezastrul nu s-ar fi întâmplat niciodată. Cu toate acestea, reactoarele mari convenționale au încă probleme de siguranță deoarece necesită timpi de reacție foarte rapizi pentru a preveni deteriorarea în caz de accident. Accidentele pot progresa atât de repede într-un reactor încât operatorii trebuie să acționeze în câteva ore, poate chiar minute. Dacă apare un accident de topire, cantitatea mare de combustibil din reactor înseamnă că o mare cantitate de material radioactiv poate fi eliberată în atmosferă. Aceasta face timpul un element esențial.

Combustibilul îmbogățit cu uraniu utilizat în reacțiile convenționale prezintă, de asemenea, o problemă pentru proliferarea armelor nucleare. Contrar opiniei populare, uraniul utilizat în reactoare și chiar plutonul pe care o produc unele reactoare sunt inutile pentru construirea de bombe nucleare (raporturile izotopice sunt toate greșite), dar procesele necesare pentru producerea combustibilului nuclear și a materialelor cu bombă sunt aproape exact aceleași. Deci, deși reactoarele convenționale nu ar putea fi o amenințare pentru proliferare, instalațiile de îmbogățire care le deservesc sunt.

Reactoare modulare mici

O modalitate de a rezolva multe dintre aceste probleme este prin dezvoltarea unor mici reactoare modulare (SMR). Acestea sunt reactoare capabile să genereze aproximativ 300 de megawați de putere sau mai puțin, ceea ce este suficient pentru a conduce 45 000 de case din SUA. Deși mici, SMR-urile sunt reactoare adecvate. Ele sunt destul de diferite de generatoarele radio-termice (RTG) utilizate în nave spațiale și faruri la distanță din Siberia. Reactoarele nucleare, cum ar fi SMR, utilizează fisiune nucleară controlată pentru a genera energie, în timp ce RTG-urile folosesc decăderea naturală radioactivă pentru a alimenta un generator termoelectric relativ simplu, care poate produce numai cel mult două kilowați.

Din punct de vedere al puterii, RTG-urile sunt echivalente cu bateriile, în timp ce reactoarele nucleare mici sunt doar "mici" în comparație cu reactoarele convenționale. Ele nu sunt aproape de genul pe care îl veți păstra în garaj. În realitate, centralele SMR ar acoperi zona unui mic centru comercial. Cu toate acestea, o astfel de instalație nu este foarte mare, deoarece centralele electrice și un reactor care produce doar 300 de megawați nu pare să merite investiția, dar Departamentul de Energie al SUA oferă 452 milioane USD în acordarea de granturi pentru dezvoltarea SMR și a investitorilor privați Fundația Bill Gates și compania Babcock și Wilcox plasează bani pentru propriile lor proiecte de reactoare modulare.

Descoperirea veche de 60 de ani

Un motiv pentru care industria guvernamentală și privată ar trebui să se intereseze de SMR este că au fost angajați cu succes mult mai mult decât majoritatea oamenilor realizează. De fapt, sute de oameni au zburat în jurul lumii în interiorul corpului submarinelor nucleare și al altor nave de război timp de șaizeci de ani. Acestea au fost, de asemenea, utilizate în nave comerciale, mașini de spargere a gheții și ca reactoare de cercetare și izotopi medicale la universități. Există chiar și unul instalat în Antarctica de la McMurdo Station între 1962 și 1972. Acum, acestea sunt considerate pentru uz domestic.

Cazul pentru SMR

SMR au un număr de avantaje față de reactoarele convenționale. Pentru un singur lucru, SMR-urile sunt mai ieftine pentru a construi și a alerga. Acest lucru le face foarte atractive pentru țările mai sărace, cu foamete cu energie; mici comunități în creștere, care nu au nevoie de o instalație pe scară largă; și locații îndepărtate, cum ar fi minele sau instalațiile de desalinizare. O parte a motivului pentru aceasta este pur și simplu faptul că reactoarele sunt mai mici. Altă este faptul că, fără a fi nevoie să fie concepute în mod obișnuit în fiecare caz, reactoarele pot fi standardizate și unele tipuri construite în fabrici care sunt capabile să utilizeze economii de scară. Aspectul construit din fabrică este, de asemenea, important, deoarece o fabrică este mai eficientă decât construcția la fața locului cu până la opt la unu în ceea ce privește timpul de construcție. Construcția fabricii permite, de asemenea, construirea SMR-urilor, livrări la amplasament și returnarea acestora la uzină pentru dezmembrare la sfârșitul duratei lor de viață - eliminarea unei probleme majore cu reactoare vechi convenționale, și anume, cum să le eliminăm.

De asemenea, SMR se bucură de o mare flexibilitate în design. Reactoarele convenționale sunt de obicei răcite de apă - o mare cantitate de apă - ceea ce înseamnă că reactoarele trebuie să fie situate lângă râuri sau linii de coastă. SMR-urile, pe de altă parte, pot fi răcite prin aer, gaz, metale cu punct de topire scăzut sau sare. Aceasta înseamnă că SMR-urile pot fi amplasate în zone îndepărtate, în interiorul căreia nu este posibilă amplasarea unor reactoare convenționale.

Siguranță

Acest sistem de răcire este adesea pasiv. Cu alte cuvinte, se bazează mai mult pe circulația naturală a mediului de răcire în interiorul balonului de reținere al reactorului decât pe pompe. Această răcire pasivă este una din modalitățile prin care IMM-urile pot îmbunătăți siguranța. Deoarece reactoarele modulare sunt mai mici decât cele convenționale, ele conțin mai puțin combustibil. Acest lucru înseamnă că nu există o masă mai mică care să fie afectată dacă apare un accident. Dacă se întâmplă ceva, există mai puțin material radioactiv care poate fi eliberat în mediul înconjurător și facilitează proiectarea sistemelor de urgență. Deoarece acestea sunt mai mici și folosesc mai puțin combustibil, ele sunt mai ușor de răcite în mod eficient, ceea ce reduce în mare măsură probabilitatea unui accident catastrofal sau a topirii în primul rând.

Acest lucru înseamnă, de asemenea, că accidentele se desfășoară mult mai încet în reactoarele modulare decât în ​​cele convenționale. Atunci când acestea din urmă au nevoie de răspunsuri accidentale în câteva ore sau minute, SMR-urile pot fi reacționate în ore sau zile, ceea ce reduce șansele unui accident care duce la deteriorarea majoră a elementelor din reactor.

Proiectările SMR care resping răcirea cu apă în favoarea gazului, a metalelor sau a sării au propriile lor avantaje de siguranță. Spre deosebire de reactoarele răcite cu apă, aceste medii funcționează la o presiune mai mică. Unul dintre pericolele legate de răcirea cu apă este faptul că o țeavă crăpată sau o etanșare deteriorată poate arunca gaze radioactive ca un antigel prin intermediul unui radiator de mașină supraîncălzit. În cazul materialelor cu presiune scăzută, există o forță mai mică pentru a împinge gazele și există mai puțină stres pe vasul de reținere. Ea elimină, de asemenea, unul dintre episoadele înfricoșătoare ale accidentului de la Fukushima, unde apa din vas sa desprins în hidrogen și oxigen și apoi a explodat.

Un alt avantaj al designului modular este faptul că unele SMR-uri sunt suficient de mici pentru a fi instalate sub pământ. Aceasta este mai ieftină, mai rapidă de construit și mai puțin invazivă decât construirea unei cupole de izolare din beton armat. Există, de asemenea, punctul în care punerea unui reactor în pământ îl face mai puțin vulnerabilă la cutremure. Instalațiile subterane fac mai ușor reactoarele modulare pentru a se asigura și instala într-o amprentă mult mai mică. Acest lucru face ca SMR-urile să fie deosebit de atractive pentru clienții militari care au nevoie să construiască rapid centrale electrice pentru baze. Instalarea subterană îmbunătățește, de asemenea, securitatea cu mai puține sisteme sofisticate necesare, ceea ce contribuie și la reducerea costurilor.

SMR-urile pot contribui la proliferare, la deșeurile nucleare și la problemele legate de aprovizionarea cu combustibil deoarece, în timp ce unii reactoare modulare se bazează pe reactoare convenționale de apă sub presiune și ard uraniu îmbunătățit, alții folosesc mai puțin combustibili convenționali. Unele, de exemplu, pot genera energie din ceea ce este considerat acum "deșeu", arderea uraniului sărăcit și a plutoniului rămas din reactoarele convenționale. Uraniul sărăcit este, în principiu, U-238 din care a fost consumat U-235 fissible. Ea este, de asemenea, mult mai abundenta in natura decat U-235, care are potentialul de a oferi lumii energie de mii de ani. Alte modele de reactori nu folosesc nici uraniu. În schimb, ei folosesc toriu. Acest combustibil este, de asemenea, incredibil de abundent, este ușor de procesat pentru a fi utilizat drept combustibil și are un plus de a fi complet inutil pentru fabricarea de arme, astfel încât acesta poate furniza energie chiar și în zonele în care au fost ridicate preocupări legate de securitate.

Totuși, există încă punctul de lipire că reactoarele modulare sunt, prin definiție, mici. Asta ar putea fi bine pentru un submarin sau pentru Polul Sud, dar despre locurile care au nevoie de mai mult? Sunt instalațiile nucleare alternative convenționale? Se pare că răspunsul este nu. Reactoarele modulare nu trebuie să fie utilizate singure. Acestea pot fi instalate în baterii de cinci sau șase sau chiar mai multe, oferind la fel de multă putere ca o zonă care are nevoie. Și dacă o unitate trebuie să fie deconectată pentru reparații sau chiar înlocuire, nu trebuie să interfereze cu funcționarea celorlalte.

Tipuri de reactoare modulare

Să aruncăm o privire asupra unora dintre principalele tipuri de reactoare modulare aflate în curs de dezvoltare. Există, de fapt, mult mai multe decât cele prezentate aici, dar acest lucru ar trebui să ofere o bună secțiune transversală a ceea ce se află în plină desfășurare.

Reactori cu apă ușoară

Un reactor modular de apă luminoasă este în esență o versiune redusă a unui reactor convențional. La fel ca reactoarele convenționale, ea folosește apă ca agent de răcire și un moderator al neutronilor (adică apa încetinește neutronii produse de combustibilul nuclear, astfel încât atomii de uraniu să aibă o șansă mai mare de a le absorbi și de a induce fisiune nucleară. este pur și simplu să aibă suficient combustibil nuclear într-un singur loc, cu un moderator, astfel încât reacția să devină auto-susținută). Inginerii au deja zeci de ani de experiență în ceea ce privește SMR-urile de apă luminoasă, deoarece acestea sunt cele folosite pe submarine și pe gheață, astfel încât tehnologia este deja avansată și a avut o mulțime de teste pe teren în condiții foarte dificile. Imaginați-vă o centrală nucleară care trebuie să poată funcționa în condiții de siguranță în timp ce va fi aruncată în ocean în timp ce este sigilată în interiorul unei corpuri de submarin și puteți vedea provocările descurajante care au fost depășite.

Reactorii mici de apă luminoasă nu sunt la fel de eficienți ca verișorii lor mai mari, dar au și o serie de avantaje. Aburul este produs într-o instalație nucleară prin trecerea unei bucăți de apă de răcire din reactor prin intermediul generatorului de abur, care este un vas separat umplut cu țevi de bobinare. Apa caldă de răcire pătrunde în generator și, pe măsură ce trece prin țevi, o a doua bobină umplută cu apă este încălzită de apă din reactor. Aceasta se schimbă în abur, ceea ce transformă turbinele care transformă dinamurile. Pe un reactor convențional, majoritatea tipurilor au generatorul de abur în afara vasului de reacție. Cu SMR-uri de apă luminoasă, generatorul de abur poate fi plasat în interiorul vasului. Acest lucru nu numai că face ca reactorul să fie mai compact și autonom, dar, de asemenea, îl face mult mai sigur. O problemă obișnuită în reactoare este scurgerea apei radioactive în timpul călătoriei de la reactor la generatorul de abur. Cu generatorul de abur din interiorul vasului de reacție, situația mult mai sigură a apei / apei non-radioactive intră și iese din vasul reactorului.

Westinghouse SMR

Westinghouse SMR este o versiune miniaturală a reactorului AP1000. Dar în cazul în care AP1000 produce 1.154 megawați și necesită o plantă care acoperă 50 de acri (20 ha), Westinghouse SMR are nevoie doar de 15 ha (6 ha), pune 225 megawați și poate fi construită în 18 luni, spre deosebire de câțiva ani. Reactorul și vasul de reținere sunt înalte de 27 de metri înălțime și 9, 2 metri în diametru, ceea ce îl face suficient de compact pentru a fi construit din fabrică și transportat pe calea ferată. Combustibilul său este un uraniu standard îmbogățit, care are nevoie de întreținere la fiecare doi ani, dar sistemul de răcire pasiv al reactorului se bazează pe circulația naturală a apei, mai degrabă decât pe pompe, ceea ce înseamnă că, chiar și în eventualitatea unei pierderi totale de putere, așa cum a suferit Fukushima, Westinghouse SMR poate dura până la o săptămână fără a necesita intervenția operatorului pentru a preveni deteriorarea.

MPOWER

Sprijinită de Babcock și Wilcox, mPower se bazează pe designul reactorului din SUA și produce 160 megawați atunci când condensatoarele sistemului sunt răcite de apă, dar pot fi și ele răcite cu aer, deși cu o putere de putere mai mică. Înălțimea de 23 m și înălțimea de 4, 3 m, mPower este proiectat să fie construit din fabrică, transportat pe calea ferată și instalat sub pământ. La fel ca Westinghouse SMR, mPower utilizează un sistem de răcire pasiv, iar generatorul de abur este integrat cu reactorul. Spre deosebire de Westinghouse SMR, mPower are nevoie de realimentare doar o dată la patru ani, iar procesul implică înlocuirea pur și simplu a întregului nucleu, care este introdus ca un cartuș. Reactorul are o durată de viață de 60 de ani și este proiectat să stocheze combustibilul uzat pe amplasament pe toată durata acestuia.

NuScale

NuScale pare impractic de mică, cu o producție de doar 45 de megawați, dar se intenționează să fie instalată de doisprezece la un moment dat pentru a furniza până la 540 megawați. Acestea sunt fiecare plasate într-un bazin subteran de apă și fiecare unitate este răcită prin circulația naturală. Din acest motiv, nu există pompe și singurele părți în mișcare ale reactorului sunt cele folosite pentru a acționa tijele de comandă. Când este momentul pentru realimentare, reactorul este scos din bazinul său printr-o macara suspendată și dus într-o altă secție a instalației.

Răcitoare cu gaz la temperaturi ridicate

Așa cum presupune termenul, reactoarele răcite cu gaz utilizează un gaz în loc de apă ca mediu de răcire a reactorului. În reactoarele moderne acest gaz este, de obicei, heliu, deoarece este un element inert care nu reacționează cu alte materiale, totuși este un lichid de răcire excelent (întrebați orice scafandru de mare adâncime cu gaz mixt și el vă va spune de ce au un tub de încălzire în costumul lor în timp ce respiră heliu). Acest lucru este important deoarece, fără a utiliza apă, moderatorul reacției nucleare este un nucleu de grafit, care este inflamabil. Acestea funcționează la presiuni relativ scăzute și temperaturi ridicate ale gazului de până la 1.800 de grade F (1.000 grade C), iar gazul acționează turbinele direct sau printr-un generator de abur. Acest tip de reactor are avantaje de siguranță, deoarece modul în care designul face ca reacția nucleară să se autoreglează. Pe măsură ce reactorul devine mai fierbinte, reacția încetinește și reactorul se răcește. De asemenea, se acordă la scări mai mici pentru a permite construirea fabricilor și a instalațiilor subterane.

GT-MHR

Construit de un parteneriat condus de General Atomics, reactorul GT-MHR are o capacitate de 285 megawați și poate fi, de asemenea, utilizat pentru a produce 100.000 de tone de gaz pe bază de hidrogen pe an. Are distincția interesantă de a putea executa plutoniul de arme. Motivul pentru aceasta a fost că GT-MHR a fost conceput inițial pentru a ajuta la dispariția focoaselor nucleare sovietice după sfârșitul Războiului Rece. De asemenea, servește la evidențierea aplicațiilor practice ale capacității SMR de a arde combustibilii alternativi nucleari.

Reactoare cu neutroni rapizi

În reactoarele convenționale, neutronii sunt încetinite de un moderator cum ar fi apa, carbonul sau heliul, astfel încât atomii de uraniu au o șansă mai bună de a le absorbi și de a iniția fisiunea. Un reactor cu neutroni rapizi gestionează aceeași reacție de fisiune, cu excepția faptului că reacționează neutronii care se mișcă repede în uraniu în cantități mari, crescând astfel șansele de fisiune. Acest lucru are avantajul de a permite reactoarelor să fie foarte simplu în proiectare (și, prin urmare, mai mic) și să utilizeze carburanți îmbogățiți, toriu sau chiar deșeuri nucleare ca și combustibil.

Există două tipuri de sisteme cu neutroni rapizi utilizate în modelele SMR actuale. Primele sunt reactoarele de lumanare, de ardere a rasei sau de undă de călătorie. Al doilea reactor cu valuri în picioare.

Numele "lumanari " pentru primul soi provine din faptul ca acesta este ceea ce se aseamana cu combustibilul. Pune pur și simplu, este o placă mare de uraniu sărăcit cu un dop de uraniu îmbogățit lipit la un capăt. Când începe reacția nucleară, uraniul îmbogățit "aprinde" placa inițiind o reacție care transformă U-238 în Pu-239, un izotop de plutoniu care poate să fisureze și să genereze energie. Această reacție arde de-a lungul plăcii la aproximativ un centimetru pe an, creând și arzând plutoniul în timp ce merge. Este un proces care poate dura ani, chiar și decenii, când reactorul se spală la o temperatură de aproximativ 550 ° C, în timp ce se răcește cu aliaj lichid de sodiu, plumb sau plumb-bismut.

Cealaltă versiune este numită "undă în picioare", iar principiul este același, cu excepția unei plăci mari, reactorul fiind alcătuit din bare de combustibil U-238, iar reacția este pornită în centru. Pe măsură ce reacția se desfășoară în exterior, tijele consumate sunt remaniate de către operatori până când consumul total de combustibil. Rezultatul este că un reactor cu val de călătorie îl utilizează mai eficient și poate să funcționeze timp de 60 de ani fără realimentare. Teoretic, ar putea dura 200 de ani.

Cu fiecare tip, ele sunt și neobișnuite prin faptul că nu au moderator, se bazează pe răcirea pasivă, pot fi construite în fabrici și nu au părți în mișcare. Ele sunt la fel de aproape de plug-and-play ca reactoarele nucleare pot obține.

Hyperion

Hyperion este un alt reactor modular foarte mic, care produce doar 25 de megawați, dar ceea ce îi lipsește la putere se face în cazul portabilității. Vasul reactorului are o înălțime de numai 2, 5 m și un diametru de 1, 5 metri, nu are componente în mișcare și poate merge timp de zece ani fără realimentare. Atunci când este necesară realimentarea, reactorul este returnat în fabrică și înlocuit mai degrabă în maniera unei sticle de gaz. Această configurație nu numai că permite construirea unor centrale electrice cu mai multe reactori, dar și reactoarele individuale pot fi utilizate și pentru aplicații cum ar fi furnizarea de căldură pentru a extrage țiței din șisturi, abur pentru uz industrial și instalații de desalinizare.

PRISM

Power Reactor Modul mic inovativ (PRISM) este un design GE-Hitachi. Este răcit cu sodiu, instalat subteran și generează 311 megawați cu alimentare la fiecare șase ani. Abilitatea sa de a arde plutoniul și uraniul sărăcit face din Marea Britanie un interes deosebit, care negociază să aibă instalat două instalații nucleare de la Sellafield unde ar fi folosite pentru a arde depozitele de deșeuri nucleare. Aceasta este mai mult decât o soluție de eliminare a deșeurilor. Se estimează că, dacă acest lucru funcționează, deșeurile ar putea oferi puterea Britaniei pentru 500 de ani.

Reactoare de sare topit

În acest tip de SMR, lichidul de răcire și combustibilul sunt unul în același. Agentul de răcire este un amestec de săruri de fluorură de litiu și de beriliu. În acest caz se dizolvă un combustibil, care poate fi îmbogățit cu uraniu, toriu sau U-233. Această soluție de sare topită trece printr-o presiune relativ joasă și o temperatură de 1.300 grade F (700 grade C) printr-un nucleu de moderator de grafit. Pe măsură ce combustibilul arde, produsele reziduale sunt eliminate din soluție și se adaugă combustibil proaspăt.

Flibe

Flibe (sarea fluorură a litiului și beriliului) este un fel de reactor într-o cutie. Armata americană dorește să dezvolte mici reactoare care pot fi instalate cu ușurință la baze de la distanță. În acest scop, Flibe este proiectat în jurul unei centrale electrice care se îmbină într-un set de containere de marfă. Ideea este de a lipi reactorul în pământ, de a instala utilajele de producție și de a acoperi lotul cu o clădire. Ultimul nu trebuie să fie ceva de genul clădirii de reținere a unui reactor convențional, deoarece reactorul nu este numai încălzit pasiv, ci și un dop de sare care trebuie să fie răcit în mod activ în orice moment. Dacă reactorul suferă o defecțiune și reactorul începe să se supraîncălzească, dopul se topește și amestecul de sare topit se scurge într-un rezervor de scurgere. Puterea este estimată la 20 până la 50 de megawați și utilizează U-233 și toriu pentru combustibil. Acest lucru nu numai că elimină problemele de proliferare (nici U-233, nici toriu nu este complet potrivit pentru arme), dar deschide și o sursă ieftină, ușor de obținut.

Provocările rămân

La fel de impresionant ca multe dintre aceste reactoare sună, majoritatea sunt încă într-o etapă sau alta de dezvoltare sau aprobare. Este un drum lung de acolo pentru a răsuci un întrerupător și a privi lumina continuă. Majoritatea acestor modele au rădăcini care se întorc peste o jumătate de secol.

În anii 1950, amiralul Hyman Rickover, arhitectul flotei nucleare americane, a subliniat că micile reactoare de cercetare, precursorii SMR, au avut multe avantaje. Ele erau simple, mici, ieftine, ușor, ușor de construit, foarte flexibile în ceea ce privește designul și au avut nevoie de o dezvoltare foarte mică. Pe de altă parte, reactoarele practice trebuie să fie construite conform calendarului, au nevoie de o mare cantitate de dezvoltare cheltuită pentru "probleme aparent dificile", sunt costisitoare, mari, grele și complicate. Cu alte cuvinte, există un decalaj mare între ceea ce este promis de o tehnologie în faza de proiectare și ceea ce se încheie până când a fost construit.

Deci, este cu actualul stabil de SMRs. Mulți dețin o mare promisiune, dar ei încă nu s-au dovedit. De asemenea, ele ridică multe întrebări. Va avea un SMR nevoie de mai puțini oameni pentru al rula? Care sunt parametrii săi de siguranță? Vor îndeplini regulamentele actuale? Vor fi modificate reglementările în funcție de natura SMR? Vor fi modificate zonele de evacuare, acoperirea asigurărilor sau standardele de securitate? Ce se intampla cu reglementarile privind cutremurele?

Într-adevăr, reglementările guvernamentale fac ca reactoarele modulare să facă față celor mai mari provocări. Indiferent de faptele despre accidentele nucleare de la Windscale la Fukushima, o mare parte a publicului, în special în Occident, este foarte nervos în ceea ce privește energia nucleară sub orice formă. Există lobby-uri puternice opuse oricăror reactoare nucleare care funcționează, iar reglementările scrise de guverne reflectă aceste circumstanțe. O mare parte din costul construirii centralelor nucleare se datorează respectării tuturor regulamentelor, furnizarea de sisteme de siguranță și securitate și tratarea tuturor barierelor juridice și a documentelor care pot dura ani și milioane de dolari pentru a le depăși. Reactoarele modulare au avantajul de a fi construite rapid și ieftin, ceea ce le face mai puțin de un risc financiar, iar fabricarea în fabrică înseamnă că un reactor destinat unei instalații care nu are aprobarea poate fi vândut altui client în altă parte. Unele SMR-uri sunt destul de asemănătoare cu reactoarele convenționale care nu se confruntă cu sarcina de a fi o tehnologie "nouă" sub control sceptic. Cu toate acestea, birocrația este încă un lucru foarte real.

Numai timpul va spune dacă micul reactor devine o viziune obișnuită asupra rețelelor noastre de putere, dacă cade pe marginea drumului ca și alte vise tehnologice sau dacă devine victimă a cărții de ordine a birocraților.

Flibe reactorul modular este proiectat pentru a fi transportat în containere de marfă (Imagine: Flibe)

Arta conceptuala a reactorului nuclear modular Flibe instalat la baza militara (Imagine: Flibe)

Cutaway de o instalație de reactor Hyperion (Imagine: Hyperion Power Generation)

m Secțiunea de instalare a reactorului de putere (Imagine: Babcock și Wilcox)

Diagrama reactorului NuScale (Imagine: KVDP)

Diagrama Westinghouse SMR arătând caracteristicile sale variate (Imagine: Westinghouse)

Energia nucleară tradițională: centrala nucleară Tricastin din Franța

Gizmag ia o privire detaliată asupra reactoarelor nucleare modulare mici și se întreabă dacă acestea dețin cheia pentru rezolvarea problemelor mondiale de energie și deșeuri nucleare (Photo: Shutterstock)

Recomandat Alegerea Editorului