Bezpieczny reaktor Made in China

2 tygodni temu

Bezpieczny reaktor

Naukowcy z Uniwersytetu TsingHua (chin. 清华大学) w Pekinie (pinyin: BeiJing, chin. 北京) przeprowadzili z powodzeniem próbę pasywnego chłodzenia w reaktorze jądrowym o mocy 105 MW, zaprojektowanym tak, by bezobsługowo przestawał pracować w sytuacji awaryjnej, nie dopuszczając do stopienia rdzenia reaktora. Jest to pierwszy na świecie reaktor tego typu. Prace badawcze nad rozwiązaniem trwały od 2016 roku. Celem badań było stworzenie reaktora, który chłodzony pasywnie, przy wykorzystaniu naturalnych metod chłodzenia, zapobiegałby stopieniu rdzeni w przypadku awarii. Taka sytuacja miała miejsce w Czernobylu.

Jak chłodzone są reaktory jądrowe?

Istniejące reaktory jądrowe wymagają zasilanych zewnętrznie systemów chłodzenia. Charakter tych systemów może się różnić w zależności od konstrukcji reaktora – większość wykorzystuje wodę, ale niektóre używają chłodziw, takich jak CO2, hel, stopione metale lub stopione sole. Wszystkie jednak zasadniczo robią to samo: odprowadzają nadmiar ciepła z rdzenia reaktora.

Wiadomo, iż systemy chłodzenia wodą zapewniają wysoką gęstość mocy, co przekłada się na lepszą sprawność cieplną (zasadniczo stosunek mocy wyjściowej do całkowitego poboru energii cieplnej w systemie), ale ma to swoje wady. Na przykład, zawsze istnieje ryzyko eksplozji, jeżeli reaktor ulegnie stopieniu. Dzieje się tak, ponieważ jeżeli pompy wodne stracą moc, ciepło z prętów paliwowych reaktora może rozdzielić wodę na wybuchowy wodór i tlen.

To właśnie ten problem przyczynił się do katastrofy nuklearnej w Fukushimie w 2011 r., kiedy utrata zasilania oznaczała przegrzanie prętów paliwowych, które zostały zalane wodą, co doprowadziło do eksplozji.

Reaktory chłodzone gazem są mniej narażone na eksplozję niż ich odpowiedniki chłodzone wodą, ale mają też zwykle niższą sprawność cieplną.

Niezależnie jednak od rodzaju zastosowanego systemu chłodzenia, w przypadku awarii konieczna jest interwencja człowieka w celu wyłączenia reaktora i zapobieżenia katastrofie. Dzieje się tak zwykle dlatego, iż systemy chłodzenia opierają się na zewnętrznych źródłach zasilania.

Co jest wyjątkowego w nowej konstrukcji reaktora?

Jeden z nowych rodzajów reaktorów, znany jako reaktor ze złożem żwirowym (PBR), może stanowić rozwiązanie problemów związanych ze starszymi konstrukcjami. Reaktory te są „pasywnie” bezpieczne, dzięki czemu mogą same się wyłączyć, jeżeli wystąpi jakikolwiek problem z systemem chłodzenia.

W przeciwieństwie do innych reaktorów, które opierają się na wysokoenergetycznych prętach paliwowych, reaktory PBR wykorzystują mniejsze „kamyki” paliwowe o niskiej gęstości energetycznej w większej liczbie. Chociaż zawierają one mniej uranu niż tradycyjne pręty paliwowe, jest ich więcej. Są one również otoczone grafitem, który służy do moderowania aktywności neutronów w rdzeniu. Pomaga to spowolnić reakcje jądrowe, co skutkuje mniejszą ilością ciepła.

W związku z tym niższa gęstość energii oznacza, iż nadmiar ciepła może być rozłożony na kamyki i może być łatwiej odprowadzany.

Do niedawna jedynymi istniejącymi reaktorami PBR były prototypy w Niemczech i Chinach. Okazuje się, iż Chiny zbudowały pełnowymiarowy moduł żwirowego reaktora chłodzonego gazem o wysokiej temperaturze (HTR-PM), który został komercyjnie uruchomiony w grudniu 2023 r. i jest wyposażony w nowe systemy zabezpieczenia. Aby je przetestować, inżynierowie wyłączyli oba moduły HTR-PM w czasie, gdy działały one z pełną mocą.

Wyniki, które właśnie zostały opublikowane, pokazują, iż HTR-PM schłodził się samoczynnie, osiągając stabilną temperaturę w ciągu 35 godzin od odcięcia zasilania.

Możliwość przetestowania działającego reaktora jądrowego poprzez odłączenie jego zasilania chłodzącego jest niezwykła. Tylko dzięki unikalnemu systemowi HTR-PM było to w ogóle możliwe i chociaż konieczne będą dalsze testy, aby upewnić się, iż system działa poprawnie, wszystko wskazuje na to, iż rozwiązanie posłuży jako model dla przyszłych reaktorów konstruowanych w Chinach.

Na podstawie: