Σχέδια για πιο ασφαλείς πυρηνικούς αντιδραστήρες!

Σε επανασχεδιασμό της τροφοδοσίας των πυρηνικών αντιδραστήρων με ουράνιο, το οποίο χρησιμοποιείται σε σχεδόν όλους τους πυρηνικούς αντιδραστήρες στον κόσμο ως καύσιμο, προχωρούν μηχανικοί, ώστε να μειώσουν την πιθανότητα έκλυσης υδρογόνου και πρόκλησης έκρηξης.

Σχέδια για πιο ασφαλείς πυρηνικούς αντιδραστήρες

Τέτοια έκρηξη (απότομη χημική αντίδραση του υδρογόνου με το οξυγόνο του αέρα) οδηγεί σε ρήξη του περιβλήματος του αντιδραστήρα και έκλυση ραδιενέργειας στο περιβάλλον κατά τη διάρκεια ενός ατυχήματος σε πυρηνικό εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.

Αυτό ακριβώς συνέβη το 2011, στο σταθμό ηλεκτροπαραγωγής στη Φουκουσίμα της Ιαπωνίας.

Ήδη γίνονται δοκιμές των νέων καυσίμων, που όμως δεν είναι ακόμη έτοιμα για χρήση στην παραγωγή.

Μέσα στον πυρηνικό αντιδραστήρα, τα άτομα ουρανίου διασπώνται απελευθερώνοντας νετρόνια και θερμότητα. Συστήματα μέσα και γύρω από τον αντιδραστήρα εμποδίζουν την υπερβολική αύξηση της θερμοκρασίας του.

Η βελτίωση του καυσίμου, ώστε να είναι λιγότερο πιθανό να λιώσει ή να αποκτήσει ρωγμές εξαιτίας υψηλής θερμοκρασίας, οδηγώντας στην παραγωγή υδρογόνου, μπορεί να μειώσει τον κίνδυνο απελευθέρωσης ραδιενέργειας στο περιβάλλον κατά τη διάρκεια ατυχήματος.

Οι ίδιες βελτιώσεις θα μπορούσαν να επιτρέψουν μεγαλύτερη αποδοτικότητα της όλης διαδικασίας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από πυρηνική σχάση.

Η προσδοκία μεγαλύτερων κερδών, αλλά και η αντιμετώπιση του ανταγωνισμού από τις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας, που προωθούνται από τις κυβερνήσεις παγκοσμίως, είναι οι αιτίες πίσω από την προσπάθεια επανασχεδιασμού των πυρηνικών καυσίμων.

πυρηνικός αντιδραστήρας
Σχέδια για πιο ασφαλείς πυρηνικούς αντιδραστήρες!

Και οι 98 πυρηνικοί αντιδραστήρες που λειτουργούν στις ΗΠΑ, ανεξάρτητα από τη σχεδίασή τους, χρησιμοποιούν ως καύσιμο το ουράνιο σε μορφή μικρών κεραμικών κυλίνδρων.

Οι κύλινδροι τοποθετούνται σε σειρές μέσα σε μακριές ράβδους καυσίμου, με περίβλημα από κράμα ζιρκονίου και οι ράβδοι αυτές βυθίζονται σε νερό μέσα στον αντιδραστήρα.

Κατά τη διάρκεια της σχάσης, τα νετρόνια που απελευθερώνονται από τους κυλίνδρους καυσίμου περνάνε εύκολα μέσα από το ζιρκόνιο και μπαίνουν σε άλλες ράβδους καυσίμου, όπου συντηρούν την αλυσιδωτή πυρηνική αντίδραση και την έκλυση θερμότητας.

Το νερό γίνεται ατμός, κινεί τουρμπίνες και αυτές γεννήτριες που παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα.

Το ζιρκόνιο από καιρό χρησιμοποιείται για το σχηματισμό των ράβδων καυσίμου, ακριβώς επειδή είναι τόσο διαπερατό στα νετρόνια.

Η συλλογιστική ήταν ότι το ουράνιο είναι δυσεύρετο και ακριβό και ο αναγκαίος εμπλουτισμός του (αύξηση του ποσοστού του ισοτόπου που είναι σχάσιμο) δύσκολος και έχει μεγάλο κόστος.

Σήμερα, η σχεδίαση και η λειτουργία των πυρηνικών αντιδραστήρων είναι πιο προχωρημένες και το ουράνιο αποδείχτηκε πιο διαδεδομένο και πιο εύκολο να εμπλουτιστεί, γι’ αυτό οι πυρηνικοί αντιδραστήρες μπορούν να θυσιάσουν μερικά νετρόνια.

Έτσι επιστήμονες και μηχανικοί τελειοποιούν εναλλακτικά σχέδια, που μπορούν να μειώσουν την πιθανότητα παραγωγής υδρογόνου και να αντέξουν περισσότερη παραγόμενη θερμότητα.

Στις ΗΠΑ, μετά την καταστροφή στη Φουκουσίμα, τα μονοπώλια κατασκευής πυρηνικών αντιδραστήρων, σε συνεργασία με το υπουργείο Ενέργειας της χώρας, αναπτύσσουν και δοκιμάζουν 4 νέα σχέδια ανθεκτικών σε ατυχήματα καυσίμων, με αρκετά διαφορετική προσέγγιση του καθενός για την επίτευξη του επιθυμητού στόχου.

Σχέδια για πιο ασφαλείς πυρηνικούς αντιδραστήρες

Επειδή όλα τα νέα σχέδια θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν στους υπάρχοντες αντιδραστήρες χωρίς ανάγκη μεγάλων τροποποιήσεων σε αυτούς, ή ακόμη και χωρίς καμία τροποποίηση, θεωρείται ότι θα μπουν στην παραγωγή μέσα στην τρέχουσα δεκαετία.

Η γενική ιδέα στα τρία από τα σχέδια είναι να μειωθεί η πιθανότητα εμφάνισης των προβληματικών αντιδράσεων του ζιρκονίου με το νερό του αντιδραστήρα, η οποία πραγματοποιείται με μεγάλη ταχύτητα σε θερμοκρασίες 900 βαθμών Κελσίου και πάνω.

Αυτό μπορεί να επιτευχθεί είτε αντικαθιστώντας το ζιρκόνιο, είτε αλλάζοντας τη σύνθεση του καυσίμου.

Η τέταρτη λύση προβλέπει το συνδυασμό του ουρανίου και του ζιρκονίου σε ένα κράμα με χαμηλή χημική δραστικότητα και αλλαγή της μορφής της ράβδου καυσίμου, ώστε να επιτρέπει μεγαλύτερη ανταλλαγή θερμότητας με το νερό, άρα την καλύτερη ψύξη του.

Η διαφορά είναι ότι αυτός ο σχεδιασμός απαιτεί υψηλό εμπλουτισμό του ουρανίου, πολύ πάνω από τα επιτρεπτά όρια, πλησιάζοντας το επίπεδο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή πυρηνικών όπλων.

Η χρήση αυτού του σχεδίου προϋποθέτει αλλαγή των κανονισμών, που ισχύουν στις ΗΠΑ για τα καύσιμα των πυρηνικών αντιδραστήρων.

Ανάλογη έρευνα γίνεται και στην ΕΕ και τον Ιούλη του 2018 Ευρωπαίοι επιστήμονες συμμετείχαν σε συζήτηση στο Εθνικό Εργαστήριο Αϊντάχο των ΗΠΑ, σε μια προσπάθεια να συντονίσουν τις έρευνες και στις δύο πλευρές του Ατλαντικού.

Ο ΟΟΣΑ αναπτύσσει πλαίσιο για τη δοκιμή των νέων καυσίμων, ενώ με αγωνία περιμένουν οι εταιρείες και στην Ιαπωνία τις σχετικές εξελίξεις, καθώς συνεχίζεται εκεί η συζήτηση για το πόσα και ποια πυρηνικά εργοστάσια θα ξανατεθούν σε λειτουργία.

Αν οι έρευνες έχουν θετική κατάληξη θα απαιτηθεί τροποποίηση εξοπλισμού στα εργοστάσια παραγωγής πυρηνικών καυσίμων καθώς και προσαρμογές στις διαδικασίες λειτουργίας των εργοστασίων με τα νέα καύσιμα.

Σχέδια για πιο ασφαλείς πυρηνικούς αντιδραστήρες
Σχέδια για πιο ασφαλείς πυρηνικούς αντιδραστήρες!

Ο επανασχεδιασμός των καυσίμων δεν είναι η μόνη προσπάθεια βελτιώσεων στην πυρηνική βιομηχανία.

Εξετάζονται και άλλα ριζοσπαστικά σχέδια πυρηνικών αντιδραστήρων, όπως αντιδραστήρες υψηλής θερμοκρασίας ψυχόμενοι με αέριο, που θα χρησιμοποιούν σωματίδια καυσίμου σε κάποιο εντελώς νέο περιτύλιγμα και ο έλεγχος της αντίδρασης θα γίνεται με σφαιρίδια, αντί των γνωστών ράβδων ελέγχου που παρεμβάλλονται μεταξύ των ράβδων καυσίμου.

Υπό εξέταση είναι και οι αντιδραστήρες λιωμένου άλατος, όπου το καύσιμο και το ρευστό ψύξης μπορούν να συνδυαστούν σε ένα, επιτρέποντας απλούστερους μηχανισμούς παρεμπόδισης της υπερθέρμανσης.

Με πληροφορίες από «Scientific American»

Επιμέλεια: Σταύρος Ξενικουδάκης

Πηγή: Ριζοσπάστης

Print Friendly, PDF & Email
(Visited 67 times, 1 visits today)
Back2Top