211service.com
Advanced Reactor komt dichter bij de realiteit
Terrapower, een startup die gedeeltelijk wordt gefinancierd door Nathan Myhrvold en Bill Gates, komt dichter bij de bouw van een nieuw type kernreactor, een lopende-golfreactor genaamd, die draait op een overvloedige vorm van uranium. Het bedrijf ziet het als een mogelijk alternatief voor fusiereactoren, die ook worden gewaardeerd om hun vermogen om stroom te produceren uit een bijna onuitputtelijke bron van brandstof.
Droomplant: Een recent ontwerp voor een kernreactor die bekend staat als een lopende golfreactor lijkt op sommige conventionele nucleaire ontwerpen, maar de manier waarop het werkt is heel anders.
Het werk aan het reactorontwerp van Terrapower begon in 2006. Sindsdien heeft het bedrijf zijn oorspronkelijke ontwerp gewijzigd om de reactor meer op een conventionele te laten lijken. Door de veranderingen zou de reactor gemakkelijker te ontwerpen en te bouwen zijn. Het bedrijf heeft ook precieze afmetingen en prestatieparameters voor de reactor berekend. Terrapower verwacht in 2016 te beginnen met de bouw van een demonstratie-installatie van 500 megawatt en deze in 2020 op te starten. Het werkt samen met een consortium van nationale laboratoria, universiteiten en bedrijven om de belangrijkste technische uitdaging van de nieuwe reactor te overwinnen: nieuwe materialen ontwikkelen die bestand zijn tegen tientallen jaren lang gebruik in de reactorkern. Het moet nog een locatie voor een experimentele fabriek veiligstellen - of de financiering om het te bouwen.
De reactor is ontworpen om veiliger te zijn dan conventionele kernreactoren, omdat er geen elektriciteit nodig is om koelsystemen te laten draaien om een kernsmelting te voorkomen. Maar de nieuwe reactor lost niet het grootste probleem op waarmee kernenergie vandaag de dag wordt geconfronteerd: de hoge bouwkosten. John Gilleland, CEO van Terrapower, zegt dat het bedrijf verwacht dat de reactoren ongeveer net zo veel zullen kosten als conventionele reactoren, maar daar is de jury nog steeds niet mee bezig.
Conventionele reactoren wekken warmte en elektriciteit op als gevolg van de splijting van een zeldzame vorm van uranium: uranium 235. In een lopende-golfreactor wordt een kleine hoeveelheid uranium 235 gebruikt om de reactor op te starten. De neutronen die de reactor produceert, zetten het veel overvloedigere uranium 238 om in plutonium 239, een splijtbaar materiaal dat de warmte kan genereren die nodig is voor kernenergie. Uranium 238 is deels gemakkelijk beschikbaar omdat het een afvalproduct is van de verrijkingsprocessen die worden gebruikt om conventionele nucleaire brandstof te maken. Mogelijk is het in de toekomst ook betaalbaar om uranium 238 uit zeewater te winnen als de vraag naar splijtstof hoog is. Terrapower zegt dat er genoeg van deze brandstof is om de wereld een miljoen jaar van stroom te voorzien, zelfs als iedereen net zoveel stroom zou gebruiken als mensen in de Verenigde Staten.
In het oorspronkelijke Terrapower-ontwerp was de reactorkern gevuld met een grote verzameling uranium 238. Het proces om het om te zetten begint aan het ene uiteinde, waarbij plutonium wordt geproduceerd dat onmiddellijk wordt gesplitst om warmte te genereren en meer uranium om te zetten in plutonium. De reactie gaat van het ene uiteinde naar het andere - in een lopende golf - totdat er geen reacties meer kunnen plaatsvinden.
In het nieuwe ontwerp vinden de reacties allemaal plaats in de buurt van het centrum van de reactor in plaats van aan het ene uiteinde te beginnen en naar het andere te gaan. Om te beginnen zijn in het midden van de reactor uranium 235 splijtstofstaven aangebracht. Rondom deze staven bevinden zich staven die bestaan uit uranium 238. Naarmate de kernreacties voortschrijden, worden de staven van uranium 238 die zich het dichtst bij de kern bevinden, als eerste omgezet in plutonium, dat vervolgens wordt gebruikt in splijtingsreacties die nog meer plutonium produceren in nabijgelegen brandstof staven. Als de binnenste splijtstofstaven zijn opgebruikt, worden ze met een op afstand bestuurbaar mechanisch apparaat uit het centrum gehaald en naar de periferie van de reactor verplaatst. De resterende 238 uraniumstaven - inclusief de staven die zich dicht genoeg bij het centrum bevonden zodat een deel van het uranium is omgezet in plutonium - worden vervolgens naar het centrum geschoven om de plaats van de verbruikte splijtstof in te nemen.
In dit systeem wordt de warmte altijd gegenereerd in ongeveer hetzelfde gebied binnen de reactorkern - nabij het centrum. Als gevolg hiervan is het eenvoudiger om de systemen te ontwerpen om de warmte te extraheren en te gebruiken om elektriciteit op te wekken.
Een uitdaging bij dit ontwerp is ervoor te zorgen dat de stalen bekleding die de brandstof in de splijtstofstaven bevat, de blootstelling aan tientallen jaren van straling kan overleven. De huidige materialen zijn niet goed genoeg: ze beginnen bijvoorbeeld te zwellen, waardoor de ruimtes tussen de brandstofstaven waar koelvloeistof doorheen zou moeten stromen, zouden worden afgesloten. Om 40 jaar mee te gaan, zouden de materialen twee tot drie keer duurzamer moeten worden gemaakt, zegt Terrapower.
Het bedrijf gebruikt computermodellen om te anticiperen op hoe de momenteel beschikbare materialen in de loop van de tijd zouden veranderen, en ontwikkelt reactorontwerpen die op deze veranderingen anticiperen. Als bijvoorbeeld bekend is dat een materiaal zou zwellen onder de omstandigheden in de reactor, zouden de ruimtes tussen de splijtstofstaven zo zijn ontworpen dat ze deze zwelling opvangen, zegt Doug Adkisson, operationeel directeur bij Terrapower.
Terrapower heeft ook ontwerpen ontwikkeld voor een passief koelsysteem. Net als veel andere geavanceerde reactorontwerpen, gebruikt Terrapower's gesmolten natriummetaal als koelmiddel. Natrium heeft veel meer tijd nodig om te koken dan water, waardoor fabrieksoperators meer tijd hebben om op ongevallen te reageren. Het zou ook mogelijk zijn om natuurlijke convectie en luchtkoeling te gebruiken in het geval van stroomuitval - er zou niet continu koelvloeistof in de reactor moeten worden gepompt, zoals het geval was in Fukushima. Een gevaar van het gebruik van natrium is echter dat het heftig reageert wanneer het wordt blootgesteld aan lucht of water.
De volgende stappen van Terrapower zijn onder meer het afronden van het ontwerp en het vinden van partners om de fabrieken te bouwen. Het is in gesprek met organisaties in China, Rusland en India. Gilleland zegt dat het bedrijf binnen enkele maanden een aankondiging over partners verwacht.