1 dzień temu
To "kamień milowy na drodze do niezależności energetycznej" - pisze "The South China Morning Post". Anglojęzyczny dziennik z Hongkongu opisuje przełom w badaniach prowadzonych nad nowym typem reaktora jądrowego. Ma on być bezpieczniejszy, lepiej współpracować z odnawialnymi źródłami energii, a do tego paliwo jest łatwiej dostępne niż wykorzystywany w tej chwili uran.
REKLAMA
Zobacz wideo Nie rozmawiamy o broni jądrowej i naszej pozycji w świecie. Bierzmy przykład z Chin
Niewielki eksperymentalny reaktor w placówce Chińskiej Akademii Nauk na pustyni Gobi jest wykorzystywany do badań już od dłuższego czasu. Teraz chińscy naukowcy ujawnili, iż po raz pierwszy udało się przekształcić tor w izotop uranu, potrzebny do zasilenia reaktora.
Znaczące zasoby tego promieniotwórczego metalu, kilkukrotnie bardziej powszechnego niż uran (wykorzystywany jako paliwo jądrowe) znajdują się w różnych częściach świata - w Chinach i Indiach, Brazylii, Australii, Egipcie, Turcji i nie tylko. "The South China Morning Post" pisze, iż tylko jedna kopalnia w Mongolii Wewnętrznej ma szacowane zasoby toru, które pozwoliłyby na zasilenie całej chińskiej gospodarki przez tysiąc lat.
Sam tor nie nadaje się do wykorzystania bezpośrednio jako paliwo jądrowe. Jednak w reaktorze może on zostać przekształcony w izotop uranu nadający się do rozszczepienia i zasilenia reaktora jądrowego. To właśnie udało się przeprowadzić w Chinach.
Nowy typ reaktora jądrowego
Reaktor TMSR-LF1 to pierwszy na świecie zasilany torem, chłodzony stopionymi solami, reaktor jądrowy (TMSR - Thorium Molten Salt Reactor). Od wykorzystywanych w tej chwili w elektrowniach jądrowych reaktorów różni go więc nie tylko materiał wykorzystywany do zasilenia reakcji łańcuchowej, ale też sposób chłodzenia.
Istniejące reaktory jądrowe są chłodzone wodą, a TMSR zastępuje ją stopionymi solami. Te sole (np. fluorki) są podgrzane do tak wysokiej temperatury, iż rozpuszczają się. Zaletą chłodzenia stopionymi solami jest to, iż działają one przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym (a nie wykorzystując wysokie ciśnienie, jak w systemie chłodzenia wodą). Ma to być bezpieczniejsze rozwiązanie, bo wyklucza ryzyko eksplozji z powodu wysokiego ciśnienia wody. W wypadku wycieku, stopiona sól wyleciałaby do specjalnej komory pod reaktorem i - obniżając temperaturę - przybrała formę stałą, z materiałem radioaktywnym uwięzionym w środku.
Eksperymentalny reaktor ma bardzo niewielką moc, bo - jak wskazuje jego określenie - służy on nie do produkcji energii, a eksperymentów - i wykazania, iż ta technologia może zostać wykorzystana na dużą skalę do produkcji energii. Zdaniem Chińskiej Akademii Nauk najnowszy eksperyment właśnie to potwierdza: możliwe jest wykorzystanie do produkcji energii technologii reaktorów torowych, chłodzonych stopionymi solami.
Brak potrzeby wody do chłodzenia nie tylko może poprawiać bezpieczeństwo, ale też ułatwić znajdowanie lokalizacji dla reaktorów jądrowych. w tej chwili elektrownie powstają zwykle na wybrzeżu lub przy rzekach, aby nie groziło im odcięcie od wody. Na przykład pierwsza polska elektrownia jądrowa ma być budowana tuż nad Bałtykiem. Wśród innych zastosowań takich reaktorów jest też... transport morski. Chiny pokazały w tym tygodniu koncepcję kontenerowca zasilanego reaktorem jądrowym na tor. Statek ma mieć możliwość zabrania na pokład 14 tys. standardowych kontenerów i pływać latami bez uzupełniania paliwa.
Produkcja paliwa w reaktorze
- Od momentu osiągnięcia stanu krytycznego 11 października 2023 r. reaktor stale wytwarza ciepło w wyniku reakcji łańcuchowej rozszczepienia jądrowego - poinformował Li Qingnuan, zastępca dyrektora Instytutu Fizyki Stosowanej w Szanghaju. Stan krytyczny w reaktorze (wbrew temu, jak potocznie można by odczytać to stwierdzenie) oznacza moment, w którym reakcja łańcuchowa staje się samopodtrzymująca i reaktor pracuje stabilnie.
Jak wyjaśnia chiński dziennik, przełom naukowców dotyczy osiągnięcia przetwarzania toru w uran wewnątrz reaktora. Możliwość wytworzenia paliwa jądrowego z toru była już znana od dawna, jednak problemem było to, iż reakcja wymagała wykorzystania dodatkowego materiału, np. niektórych izotopów uranu lub plutonu. jeżeli do całego procesu potrzeba by więcej wsadu niż zostanie wyprodukowane paliwa - przetwarzanie toru nie miałoby sensu.
Według relacji "The South China Morning Post", w placówce na pustyni Gobi udało się wywołać reakcję wykorzystując najpierw "niewielką ilość" uranu lub plutonu. Później - wewnątrz reaktora - podczas reakcji łańcuchowej tor przekształca się w uran, a ten z kolei uwalnia energię. To więc samopodtrzymująca się reakcja, w której jednocześnie produkowane jest paliwo (uran z toru) i energia z tego paliwa.
Już wcześniej w tym roku ogłoszono inny przełom TMSR. w tej chwili wykorzystywane reaktory muszą być raz na jakiś czas wyłączane, aby wymienić pręty paliwowe. Tymczasem eksperymentalna jednostka wykorzystuje płynne paliwo, które krąży w sposób ciągły i może być uzupełniane bez przerywania pracy reaktora.
- Ta konstrukcja nie tylko znacznie poprawia wykorzystanie paliwa, ale także znacznie zmniejsza ilość długotrwałych odpadów radioaktywnych. Jest to jedna z kluczowych zalet, która wyróżnia tego typu reaktory - powiedział cytowany przez chińską gazetę Li Qingnuan.
Badania porzucone przez Amerykanów
Koncepcje wykorzystania toru w reaktorach jądrowych same w sobie nie są niczym nowym. Badania nad takimi możliwościami prowadzono w latach 60. i 70. w Stanach Zjednoczonych. Powstały wtedy prototypowe reaktory, wykorzystujące mieszanki toru i uranu, a także eksperymentalny reaktor wykorzystujący uran, ale chłodzony stopionymi solami.
Jednak w latach 70. reaktory na uran stały się dominującą technologią wykorzystywaną do produkcji energii, a projekty związane z torem porzucono.
W 2011 uruchomiono zaś projekt badawczy Chińskiej Akademii Nauk. Jak przyznał Xu Hongjie, lider zespołu badawczego, podstawą ich pracy były ujawnione wyniki badań prowadzonych ponad pół wieku wcześniej w USA. - Stany Zjednoczone udostępniły wyniki swoich badań publicznie, i te czekały na odpowiedniego następcę. To my staliśmy się tym następcą - mówił na spotkaniu Akademii. - Opanowaliśmy wszystkie techniki opisane w literaturze, a następnie poszliśmy o krok dalej - dodał.
Poza pracami nad eksperymentalnym reaktorem, Chiny budują drugą, demonstracyjną jednostkę o mocy 100 megawatów (50 razy więcej niż obecny prototyp). Demonstrator ma udowodnić gotowość technologii do zastosowań komercyjnych do około 2035 roku.
