Modułowe reaktory jądrowe MMR

Autor:
|
Kategoria: Technologie

Z czego się składa i jak działa reaktor MMR
Rdzeń reaktora składa się z około 200 sześciokątnych bloków grafitowych, które zawierają ok. 2 ton paliwa. Reaktor nie jest wielkich rozmiarów, ma niską gęstość mocy i wysoką zdolność cieplną, co w rezultacie powoduje bardzo wolne i przewidywalne zmiany temperatury. Jest zasilany raz na cały okres jego eksploatacji. Co ważne, rdzeń posiada ujemne sprzężenie temperaturowe gdy temperatura wzrasta jego reaktywność maleje – ta właściwość powoduje wytwarzanie ciepła na stałym stabilnym poziomie przez cały czas.

Cały system energetyczny MMR składa się z dwóch części: elektrowni jądrowej i elektrowni przyległej. Standardowa elektrownia jądrowa ma zawierać 2 reaktory MMR o łącznej mocy termicznej 30 MWt (2×15 MWt), w tym cały sprzęt wymagany do transportu ciepła do sąsiedniej elektrowni. Sąsiednia elektrownia zamienia ciepło na energię elektryczną lub przetwarza ciepło zgodnie z konkretnymi wymaganiami.

Głównym transporterem ciepła jest hel, który przechodząc przez rdzeń jądrowy, jest rozgrzewany w procesie kontrolowanego rozszczepienia jądrowego. W ten sposób ciepło z rdzenia przenoszone jest przez kanały chłodzące do systemu stopionych soli gdzie potem gorące stopione sole przemieszczają się do przyległej sąsiedniej instalacji. Tam ciepło jest wykorzystywane bezpośrednio bądź magazynowane. Zmieniając przepływ helu przez cyrkulator przy zachowaniu tej samej temperatury będzie można wytworzyć w zależności od zapotrzebowania taką moc jaką potrzebujemy.

Dlaczego hel? ponieważ jest to gaz bierny chemicznie przez co nie reaguje z paliwem lub elementami rdzenia reaktora oraz łatwo jest dokładnie zmierzyć i kontrolować jego ciśnienie w reaktorze. Ponadto charakteryzuje się wysokim przewodnictwem cieplnym, wykazuje najniższą temperaturę wrzenia spośród wszystkich znanych pierwiastków.

Reaktor może działać przez 20 lat – po tym czasie można zainstalować nową kasetę z rdzeniem jądrowym.

Źródło fot. USNC

Źródło fot. USNC

Bezpieczeństwo opiera się na paliwie
Cały mechanizm bezpieczeństwa reaktora opiera się na konstrukcji paliwa. W latach 60-tych opracowano paliwo TRISO dla reaktorów chłodzonych gazem (HTGR). TRISO to cząstki paliwowe o średnicy około 0,5 mm z materiału rozszczepialnego. Pokryte są osłoną ceramiczną z wieloma warstwami. Osłona składa się z czterech powłok: buforowej z porowatego węgla pirolitycznego, wewnętrznej z węgla pirolitycznego, osłonowej z węgliku krzemu lub węgliku cyrkonu i zewnętrznej z węgla pirolitycznego. Warstwa buforowa ma za cel gromadzenie gazowych produktów rozszczepienia. Bardzo istotna dla ich zatrzymywania jest twarda warstwa osłonowa z SiC bądź ZrC, która pełni rolę koszulki.

Cząstka działa jak zbiornik ciśnieniowy, którego warstwa zatrzymuje produkty powstałe w wyniku rozszczepienia, zapewniając stabilność mechaniczną oraz chemiczną podczas napromieniania i zmian temperatury.

Paliwo FCM, które zasila reaktor jądrowy MMR, zostało stworzone w ten sposób, że zamyka owe cząstki TRISO w gęstej ceramicznej matrycy. Ta matryca gwarantuje bardzo silną ochronę dla cząstek TRISO podczas produkcji energii.

Właścicielem patentu techniki ceramicznego mikrokapsułowania cząstek TRISO jest spółka USNC, która wykorzystała do tego metodę wytwarzania addytywnego. Opracowane paliwo FCM wytrzymuje temperatury, które mocno przekraczają każde przewidywane warunki, jakie mogą zaistnieć podczas wypadków, tym samym skutecznie zapobiegając rozprzestrzenianiu się substancji promieniotwórczych.

Bezpieczeństwo polega też na tym, że nie ma nagłego wzrostu temperatury – reaktor kontroluje się i wyłącza we wszystkich warunkach awaryjnych.

Budowa
Moduły są transportowane na miejsce, a następnie montowane. Jak twierdzi producent budowa instalacji MMR jest dość szybka, prosta i przede wszystkim skalowalna. Jeśli jest potrzeba produkcji większej ilości energii elektrycznej bądź ciepła można będzie łączyć wiele reaktorów MMR ze sobą.

Jeśli chodzi o paliwo FCM nie można ponownie go przetworzyć, można go używać tylko do wytwarzania ciepła w tej konkretnej jednostce. Cały reaktor jest szczelnie zamknięty i dostęp do paliwa jest niemożliwy. Według USNC nie ma żadnego ryzyka rozlania, a w momencie wypadku nie ma negatywnego wpływu na środowisko, ponieważ produkty pochodzące z rozszczepienia jądrowego są trwale zamknięte w cząstkach paliwa.

Reaktor MMR może działać jako samodzielna zdalna instalacja.