Wikipedia

Ero sivun ”Torium-ydinpolttoainekierto” versioiden välillä

Selaa historiaa interaktiivisesti
[arvioimaton versio][arvioimaton versio]
← Vanhempi muutosUudempi muutos →
Poistettu sisältö Lisätty sisältö
VisuaalinenWikiteksti
Sula-suolareaktorin toimintaperiaate.
Jäsennelty hyödyt luettavaksi
Rivi 7:
 
== Sula-suola reaktori (Molten Salt Reactor MSR) ==
Torium ydinpolttoainekiertoa voidaan soveltaa sulasuolareaktorissa. Sulasuolareaktori on tyypiltään hyötöreaktori, eli se tuottaa fissiilin ydinpolttoaineen toisesta epäfissiilistä, mutta fertiilistä aineesta, tässä tapauksessa Th-232 nuklideista tuotetaan U-233 nuklideja, jotka sitten osallistuvat fissioon. Toisin kuin perinteisessä kevytvesireaktorissa, polttoaine ei ole kiinteässä muodossa (polttoainesauvat) vaan polttoaine on nestemäisessä muodossa (LiF-BeF-ThF) (sulannut suola). Neste on erittäin kuumaa ja juoksevaa, mikä tuo niin haasteita kuin hyötyjä teknisen rakenteen kannalta. ReaktoriEsimerkiksi koostuu kahdesta pääosasta "sydän" ja "huopa". Reaktorin sydämmessä tapahtuu fissio ja syntyy vapaita neutroneja. Huovassa, joka kulkee sydämen lähellä, kiertää fertiili polttoaine ja absorboi fissiossa syntyneitä vapaita neutroneja. Toriumin beetahajoaminen uraaniksi kestää keskimäärin 27 päivää, siksi fertiili polttoaine siirretään "hautumaan" pois huovasta, ennenkuin se ohjataan takaisin sydämeen. Sydämmestä kuumentunut nestemäinen polttoaine ohjataan lämmönvaihtimeen, josta lämpöenergianeste voidaan muuttaanopeasti mekaaniseksivaluttaa energiaksireaktorista esimerkiksisäiliöön kaasutubiinin (CO2) avulla ja edelleen sähköenergiaksi. Koska lämpötilat ovat korkeammat kuin kevytvesireaktorissa voidaan soveltaa välittäjäaineena superkriittistä hiilidioksidia höyryn sijaan jolloin saavutetaan parempihätätilanteessa, jopaeikä 50%valuttamiseen hyötysuhdetarvita turbiineissa. Hyötysuhdetta voi entisestään parantaa välttämällä energiakonversio, eli hyödyntämällä lämpöenergiasähkökäyttöistä suoraanpumppua. LämpöenergiaPolttoainetta voidaan hyödyntää esimerkiksi keskuslämmityksessälisätä, kemiallisten prosessien mahdollistamiseksi, kuten ammoniakinhuoltaa ja vedyn valmistaminen sekä esimerkiksi juomavedenvaihtaa valmistamiseenilman merivedestäreaktorin (tislaamalla)alasajoa.
 
Reaktori koostuu kahdesta pääosasta "sydän" ja "huopa". Reaktorin sydämmessä tapahtuu fissio ja syntyy vapaita neutroneja. Huovassa, joka kulkee sydämen lähellä, kiertää fertiili polttoaine ja absorboi fissiossa syntyneitä vapaita neutroneja. Toriumin beetahajoaminen uraaniksi kestää keskimäärin 27 päivää, siksi fertiili polttoaine siirretään "hautumaan" pois huovasta, ennenkuin se ohjataan takaisin sydämeen. Sydämmestä kuumentunut nestemäinen polttoaine ohjataan lämmönvaihtimeen, josta lämpöenergia voidaan muuttaa mekaaniseksi energiaksi esimerkiksi kaasutubiinin (CO2) avulla ja edelleen sähköenergiaksi. Koska lämpötilat ovat korkeammat kuin kevytvesireaktorissa voidaan soveltaa välittäjäaineena superkriittistä hiilidioksidia höyryn sijaan, jolloin saavutetaan parempi, jopa 50% hyötysuhde turbiineissa. Hyötysuhdetta voi entisestään parantaa välttämällä energiakonversio, eli hyödyntämällä lämpöenergia suoraan. Lämpöenergia voidaan hyödyntää esimerkiksi kaupungin keskuslämmityksessä, kemiallisten prosessien mahdollistamisessa, kuten ammoniakin ja vedyn valmistamisessa, sekä esimerkiksi juomaveden valmistamisessa merivedestä (tislaamalla). Ammoniakki ja vety mahdollistaisi hiilettömän nestemäisen kemiallisen polttoaineen käytön ajoneuvoissa. Ammoniakki ja vety palaa puhtaasti vesihöyryksi ja typeksi (99% ilmakehästä).
Tämäntyyppisessä reaktorissa voitaisiin vaihtaa polttoaine ilman reaktorin alasajoa. Polttoainetta pystyttäisiin liikuttamaan nopeammin, jolloin sen käyttöturvallisuus olisi parempi.
 
Reaktorissa syntyy fission seurauksena fissiotuotteita, jotka voidaan poistaa polttoainehuollon yhteydessä, ilman alasajoa. Jotkut lyhytikäiset hyödylliset isotoopit, kuten Molybdenum-99 (puoliintumisaika 3 päivää) voidaan ottaa nopeasti talteen reaktorista.
 
== Hyödyt ==
[[File:Fuel Comparison 1TWy.png|thumb|Fuel Comparison - 1TWy]]
* Turvallisuus - polttoaine voidaan hätätilanteessa valuttaa säiliöön ilman sähkökäyttöistä pumppua, ei vesihöyryräjähdyksen vaaraa.
Torium-pohjaisen ydinenergiatekniikan puolestapuhujien mukaan<ref>http://flibe-energy.com/</ref> toriumin käyttö ydinpolttoaineena toisi huomattavia etuja nykyisiin uraanikäyttöisiin reaktoreihin verrattuna. Torium-polttoainekierto ei esimerkiksi sisällä juurikaan <sup>238</sup>U isotooppia, mutta sen sijaan tavallisessa ydinreaktorissa syntyy suhteellisen paljon asekäyttöönkin soveltuvaa [[plutonium]]ia ja muita haitallisia [[transuraani|transuraaneja]]. Plutoniumia voi kuitenkin syntyä neutronikaappausten tai absorptioiden seurauksena <sup>232</sup>Th:stakin, mutta se on paljon epätodennäköisempää (7 kaappausta vrt. <sup>238</sup>U - yksi kaappaus), ja määrät jäävät huomattavasti pienemmiksi. Lisäksi niin sanotussa sulasuola-reaktorissa<ref>http://ilmastotieto.wordpress.com/2011/03/01/sulasuolareaktori-%E2%80%93-energiaa-toriumista/</ref> polttoaine on suolaliuoksessa eli nestemäisessä muodossa, mikä mahdollistaa polttoaineen nopean siirtämisen ja turvallisemman käytön esim. hätätilanteessa. Tämäntyyppisessä reaktorissa voitaisiin vaihtaa polttoaine ilman reaktorin alasajoa. Polttoainetta pystyttäisiin liikuttamaan nopeammin, jolloin sen käyttöturvallisuus olisi parempi. Polttoaineen puhtaus eli fissioituotteiden määrä vaikuttaa reaktorin hyötysuhteeseen. Hyötysuhde voitaisiin pitää korkeampana helpon polttoainehuollon seurauksena. Toisaalta olisi myös mahdollista rakentaa pieniä ns. "kiintiöreaktoreita", joissa polttoainetta ei huollettaisi vaan reaktorin käyttöikä olisi kiinteä (esim. 10v.), jonka jälkeen reaktorin käyttö lopetettaisiin. Ydinräjähdyksen vaaraa ei sulasuolareaktorissa ole, kuten ei myöskään [[kevytvesireaktori]]ssa. Sulasuolareaktorissa ei myöskään ole vesihöyrypaineräjähdyksen vaara, sillä vettä ei käytetä reaktorissa (suolan kiehumispiste on todella suuri). Näin ollen suuria ja kalliita painesuojarakennuksia ei tarvita.
* Polttoaineen riittävyys - varoja yli 10.000 vuodeksi (vrt. U-235 80-85v)
 
* Kaasuturbiinin käyttömahdollisuus - 50% hyötysuhde energiakonversiossa (ei mahdollista kevytvesireaktorissa).
Koska toriumvoimalan skaalattavuus olisi parempi kuin uraanivoimalassa, olisi helpompaa rakentaa pienvoimaloita myös ns. syrjäseuduille, ja täten vältyttäisiin suurilta energiansiirto-ongelmilta. Toriumvoimalan korkeammasta käyttölämpötilasta johtuen voitaisiin sivutuotteena (tai käyttää osa energiasta) tuottaa mm. ammoniakkia tai vetyä<sup>(?)</sup>. Ammoniakin palaessa puhtaasti syntyy vain typpeä ja vesihöyryä, ja vedyn vain vesihöyryä, näin voitaisiin siirtyä täysin hiilettömään polttoaineenkäyttöön myös liikkuvissa ajoneuvoissa. Lisäksi korkeampi käyttölämpötila mahdollistaa hyötysuhteeltaan paremman kaasuturbiinin käytön. Toriumreaktoria voitaisiin myös helpommin käyttää suolaveden puhdistukseen juomavedeksi.
* Huollettavuus - polttoainetta voidaan lisätä, huoltaa ja vaihtaa ilman reaktorin alasajoa. Hyötysuhde pysyy tasaisen korkeana.
* Polttoainetehokkuus - kaikki polttoaine käytetään, poistettava ainoastaan fissiotuotteet. (vrt alle 3% uraanipolttoaineen hyötysuhde)
* Sivutuotteena - Ammoniakki ja Vety, mahdollistaa hiilettömien nestemäisten polttoaineiden käytön esim. ajoneuvoissa.
* Sivutuotteena - lämpö, mahdollistaa keskuslämmitysratkaisuja, voidaan soveltaa kemiallisiin prosesseihin.
* Sivutuotteena - juomakelpoinen vesi, voidaan valmistaa merivedestä tislaamalla.
* Sivutuotteena - hyödylliset radioisotoopit, technetium-99, Molybdenum-99, syövän hoito
* Fissiotuotteet - voimakkaasti radioaktiivisia eli radioaktiivisuus tippuu nopeasti, vaarallinen radioaktiivisuus häviää 1 vuodessa, 83% haitallisen radioaktiivisia 10v ja noin 17% haitallista 300v. (vrt. uraaniin 10.000v)
* Skaalattavuus - pieniä voimaloita voidaan valmistaa "tehdastuotteena" Voimala voidaan rakentaa tai kuljettaa energian tarvealueelle. (Esim. aavikko)
* Energiansiirto - pienemmät matkat - vähemmäm energiansiirtohäviöitä
* Proliferaatio - Ei vapaana olevaa U-233, aine osallistuu koko ajan reaktioon. Kontaminaatio Fissiili U-233 on kemiallisesti sitoutunut polttoaineeseen. Reaktori ei tuota Pu-239. Reaktori ei vaadi rikastamoja.
* Ydinasekäyttö - Fissiotuotteissa ei ole fissiilejä aineita. Ei jälleenkäsittelytarvetta (suurin proliferaatio riski).
* Ydinaseriisunta - Hyötöreaktorissa voidaan huonolla hyötysuhteella utilisoida tai "polttaa" muitakin raskaita ytimiä U-233 lisäksi, kuten Pu-239, U-235, ja U-238.
* Rakennettavuus - ei tarvetta suurelle suojarakennukselle - ei vesihöyryräjähdyksen vaaraa kuten kevytvesireaktorissa.
* "Kiintiöreaktorin mahdollisuus" - ns. kertakäyttöreaktori esim. 10v. ei polttoainehuoltoa.
 
== Haasteet ==
Noudettu kohteesta ”https://fi.wikipedia.org/wiki/Torium-ydinpolttoainekierto”