Neděle, Prosinec 15

Reaktory chlazené organickým chladivem

Současné přezkoumání principů jaderných reaktorů, které byly v minulosti testovány, ale z nějakého důvodu byly zapomenuty, mají velký význam. Jedná se o reaktory chlazené organickým chladivem. Jedná se o ranou myšlenku z dob velkého růstu výzkumu jaderných technologií. Dnes však tyto koncepty byly zapomenuty. Pojďme se na ně ještě jednou podívat.

Artistický koncept komerční jaderné elektrárny s organickým chladivem poblíž města. Tento koncept není vzdáleným konceptem od toho, který byl skutečně realizován. Koncept byl publikovaný společností Atomic International (Zdroj: ansnuclearcafe.org)
  1. Organické palivo bylo uvažováno velmi brzy. Podle E. F. Weisnera ze společnosti Atomic International vznikla myšlenka použití uhlovodíkových solí jako chladiva, či chladiva a moderátoru v jaderných reaktorech již při projektu Manhattan v dobách druhé světové války. Zatímco plynem chlazené technologie s grafitovým moderátorem a lehkovodní technologie udávaly tempo oblasti vývoje energetických reaktorů, po druhé světové válce proběhlo setkání v srpnu 1953 v Downey, Kalifornii, během kterého inženýři zdůraznili sérii ohledů na uhlovodíkové soli a jejich využití v jaderných reaktorech. Uvažování organického chladiva a moderátoru tak pochází z doby rozmachu tlakovodních reaktorů.
  2. Organické chladivo disponuje skvělými vlastnostmi. Jelikož tyto materiály mají vysoký bod varu, lze je využívat při nižším tlaku, takže celý systém nemusel být dimenzován na vysoký tlak. Tato skutečnost významně zjednodušuje úvahy o nehodách se ztrátou chladiva. Také mohou být provozovány při vysoké teplotě. Tato kombinace znamená, že elektrárny s organickým chladivem mohou přehřívat páru (přičemž chladivo bylo možné bezpečně provozovat až do teploty 371 °C) a sice bez extrémně drahého nebo těžkého primárního systému, jaký je vyžadován u lehkovodních reaktorů. Dnes by tyto elektrárny mohly být využity k výměně stávajících fosilních elektráren, jelikož poskytují dostatečně kvalitní páru pro přímou výměnu energie.
  3. Organické chladivo je také levnější.  Vzhledem k materiálům, používaným v primárním okruhu reaktorů chlazených organickým chladivem a jejich kvalitě, nemusí dosahovat ostatní komponenty tak vysokých kvalit, takže jsou tím velmi sníženy náklady na výstavbu. Organické chladivo nekoroduje kovy, takže není třeba zajišťovat nákladné kvalitní výstelky povrchů zamezující jejich korozi. Na druhou stranu je nutné zajistit neustálou výměnu chladiva kvůli jeho degradaci tepelnou a radiační pyrolýzou. Jedná se však o pouze malé provozní náklady v porovnání se stavebními náklady jiných technologií.  
  4. Elektrárny s organickým chladivem byly postaveny jako prototypové i komerční! S organickým chladivem byly provedeny dva hlavní experimenty. Jedná se o Organic Moderated Reactor Experiment v NRTS, Idaho, národních laboratořích Idaho (INL) a Piqua Nuclear Power Facility v Piqua, Ohiu.
  5. Další krok reaktorů chlazených organickým chladivem je jasný. Ostatní varianty pokročilých reaktorových konceptů byly zanechány s více otázkami než odpověďmi, dalším krokem organických reaktorů je vytvořit pořádek v objemu znalostí vytvořených během jejich zkoumání. Například jaderný reaktor Piqua měl několik problémů s chladicím systémem a narušením kanálů. Bylo zjištěno, že se jednalo o velmi jednoduchý problém s regulací, který držel část chladiva velmi horkou, po velmi dlouhou dobu. Jiný problém s organickým chladivem souvisel s obohacením paliva. V případě, že bylo využito organických materiálů, bylo možné je využívat jako chladivo i moderátor. Avšak společnost Atomic Energy se držela při zemi a plánovala použít těžkou vodu jako moderátor velkých reaktorů. Ve skutečnosti tedy navrhli reaktor chlazený organickým chladivem, ale moderovaný těžkou vodou. Výkony těchto reaktorů mohly být až do 8000 MW tepelných. Použití těžkovodního moderátoru také významně snížilo denní potřebu organických materiálů. Existuje zde tedy jasná cesta pro budoucí vývoj reaktorů chlazených organickým chladivem.
Experimentální reaktor moderovaný organickým moderátorem a chladivem byl projekt stavěný společným podnikem společnostmi AEC a Atomics International v letech 1956 až 1957. První provoz byl v roce 1957 a plného výkonu 12MW tepelných dosáhl v únoru 1958. Elektrárna neměla vybavení pro výrobu elektřiny. Teplo bylo odváděno pomocí tepelného výměníku do vzduchu. Celá struktura byla pouze pod přístřeškem a reaktor nebyl obalený kontejnmentem tak, jako jsou reaktory obklopeny dnes. Ilustrace je převzata ze zprávy „Experimental Power and Test Reactors,“ vydané americkou společností AEC v roce 1956. (Zdroj: ansnuclearcafe.org)
Jak můžete vidět, nejenom, že byla postavena komerční jaderná elektrárna s organickým chladivem, ale byla postavena také v blízkosti města Piqua v Ohiu. Elektrárna dodávala páru do první městské elektrárny. Jednalo se o projekt společnosti AEC, města Piqua a Atomics International. První uvedení do provozu bylo v červnu 1963 a provoz pokračoval až do roku 1966. V té době bylo v aktivní zóně objeveno velké množství ztuhlého materiálu. Ten byl odstraněn a přitom bylo zjištěno, že se jedná o degradované chladivo, které se velmi pomalu pohybovalo v místech s vysokou hustotou neutronového toku. Aktivní zóna se musela přeprojektovat, aby tomuto efektu bylo zabráněno. AEC se na konci roku 1967 rozhodla opustit výzkum organických chladiv. Většina elektrárny byla rozebraná, ale reaktor a systémy primárního okruhu byly uzavřeny do oddělené části. Dnes je elektrárna využívána jako sklad pro město. Fotografie pochází z doby odstavení elektrárny. Z brožury Atomic Internatonal 1970. (Zdroj: ansnucearcafe.org)

Tyto informace jsou převzaty ze sborníku „Solid Fuel Reactors,“ publikované společností AEC v roce 1958. Sekci o organicky chlazených reaktorech započal Weisner, který byl přítomen na setkání v roce 1953 a přiměl North American Aviation k cestě k organickým chladivům. Společnost North American později rozdělila jejich jaderné činnosti na zcela vlastněnou společnost Atomics International.

Jinými slovy, co jsou tedy organická chladiva? Jedná se o aromatické uhlovodíky, které mají voskový charakter a lze je čerpat podobně jako ropu. Jsou používány jako čerpatelné tepelné izolátory v některých druzích zpracovatelských závodů. Mají malou tepelnou kapacitu, ale jejich kvality je činí mnohem významnější. Monsato Corporation prodala množství terfenylových směsí, které byly používány v reaktorech chlazených organickou směsí, nebo experimentálních technologiích. Obchodní název byl Santowax. Atomic Enery Deskbook popisuje tyto materiály jako „deriváty benzenu“.

Will Davis je členem Board of Directors NS Savannah Association. Pracuje jako konzultant Global American Business Institute. Píše populární články o palivovém cyklu, historii jaderných elektráren a novodobých technologiích. Také je členem provozovatelů reaktoru na USS Simon Bolivar.

Zdroj: ansnuclearcafe.org

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Tato stránka používá Akismet k omezení spamu. Podívejte se, jak vaše data z komentářů zpracováváme..