Z góry przepraszam za dużą ilość tekstu.
Chciałbym zasięgnąć opinii forumowiczów odnośnie technologii wymienionej w temacie wątku. Jestem co prawda laikiem jeśli chodzi o arkana fizyki jądrowej, niemniej interesuję się przedmiotem od wielu lat, zgłębiłem go na swoją skromną miarę i trudno mi znaleźć jakieś zasadnicze luki w koncepcji torowych reaktorów ciekłosolnych. Jednocześnie korzyści oferowane przez tą alternatywną ścieżkę uzyskiwania energii z atomu wydają się kolosalne, żeby nie powiedzieć rewolucyjne.
Z uwagi na przyzerowe zainteresowanie mediów tematem, trudno mi skonfrontować swoje spostrzeżenia z kompetentnymi opiniami spoza kręgu zagorzałych sympatyków technologii
MSR czy
LFTR (czyt. lifter). Z tego względu czuję się trochę jakbym należał do grona wyznawców jakiejś spiskowej teorii, gdzie opinia publiczna z niezrozumiałych względów totalnie ignoruje zagadnienie, podczas gdy ja "wiem lepiej". Co więcej, w moim przekonaniu owa "lepsza wiedza" jest – o zgrozo! – na miarę zbawienia ludzkości!
Muszę przyznać, że nie czuję się z tym specjalnie komfortowo. Dlatego postanowiłem spróbować zintersubiektywizować za pomocą tego forum – być może wspólnymi siłami uda nam się dojść do jakichś konstruktywnych wniosków. Być może forumowicze będą w stanie znaleźć jakieś błędy i problemy, których ja nie dostrzegam. Ale do rzeczy...
-
Tor.Tor to mało znany pierwiastek o liczbie atomowej 90, który – obok uranu (dwa protony mniej) – jest jedynym naturalnie występującym pierwiastkiem nadającym się na paliwo jądrowe. Kopalny tor posiada jednak tylko jeden izotop (232), podczas gdy odmiana uranu zdatna do wykorzystania w reaktorach (235) stanowi jedynie 0.7% całości i wymaga kłopotliwego wzbogacania. Ponadto tor jest przynajmniej 3 razy pospolitszy, co sprawia, że jego zasoby są o dwa-trzy rzędy wielkości większe.
Tor nie może być jednak bezpośrednio wykorzystany do dostarczania energii z rozszczepienia. Jest on tak zwanym jądrowym materiałem "płodnym", który dopiero po napromieniowaniu neutronami przekształca się w uran-233, już zdatny do zasilania reaktora. Z tego względu, aby zastartować samopodtrzymującą się reakcję koniecznie jest jej zainicjowanie z pomocą innego materiału (np. uranu, albo plutonu). Aby reakcja faktycznie była samowystarczalna, rdzeń – gdzie ma miejsce rozszczepianie uranu – otoczony jest płaszczem zawierającym tor. Rozpady atomów w rdzeniu produkują neutrony, które z kolei powodują transmutację toru w uran-233. Tak powstały materiał rozszczepialny jest następnie transportowany do rdzenia, z którego z kolei wyprowadzane są "odpady" (produkty rozpadu uranu oraz pierwiastki transuraniczne). Taki właśnie ciągły proces umożliwia funkcjonowanie reaktora torowego.
Zaletą toru jako paliwa jest również praktycznie zerowe ryzyko proliferacji. W teorii uran-233 dałoby się wyizolować z reaktora i wykorzystać do budowy bomby, tyle równolegle powstaje także izotop o liczbie masowej 232, który charakteryzuje się bardzo dużą radioaktywnością, szczególnie w postaci twardego promieniowania gamma. A to potężnie utrudniałoby przygotowanie ładunku rozszczepialnego. Jeśli promieniowanie gamma nie zabiłoby złoczyńców, to na pewno szybko by ich zdradziło, ponieważ jest łatwe do wykrycia. Znacznie łatwiej jest po prostu wzbogacić uran pochodzący bezpośrednio z rudy, niż posłużyć się produktami działania reaktora torowego.
Co więcej, tor jest kompletnie nieprzydatny do produkcji plutonu. Aby go utworzyć atom toru musi po kolei zaabsorbować siedem neutronów, co, jak łatwo zgadnąć, zachodzi bardzo rzadki i skutkuje powstawaniem jedynie śladowych ilości plutonu.
Powyższe jest skrótowym zaprezentowaniem cyklu torowego jako alternatywy dla uranu. Jednak szczególnie interesującym elementem koncepcji reaktorów ciekłosolnych jest ośrodek, w którym odbywa się cała reakcja, czyli właśnie ciekła sól. To z nią związana jest cała plejada zalet tego rozwiązania. Jest ich tak wiele, że trudno mi zbudować jakąś spójną narrację, która stopniowo by je wprowadzała. Dlatego posłużę się po prostu (niekompletną) listą.
Ciekła sól fluorkowa.1. Nie wymaga obudowy bezpieczeństwa.Sól fluorkowa znajduje się pod normalnym ciśnieniem atmosferycznym, tak więc zbędna jest konstrukcja gigantycznej i bardzo kosztownej obudowy reaktora na wypadek rozszczelnienia.
2. Stopienie reaktora niemożliwe.Sól znajduje się w stanie ciekłym, tak więc niemożliwe jest stopienie reaktora. Co więcej, umożliwia to zastosowanie tzw. "freeze plug", czyli stale chłodzonego "solnego korka", który przy braku zasilania/kontroli zostaje rozpuszczony, a zawartość reaktora zlewa się pod wpływem grawitacji do zbiornika bezpieczeństwa, gdzie nie stanowi zagrożenia.
3. Brak ryzyka eskalacji reakcji łańcuchowej.Ciecz, w której rozpuszczone jest paliwo, charakteryzuje się negatywnym sprzężeniem zwrotnym jeśli chodzi o szybkość reakcji i temperaturę. Jeśli wzrasta szybkość reakcji to zwiększa się temperatura, co z kolei powoduje rozszerzenie się cieczy i zmniejszenie gęstości paliwa, a więc i spowolnienie reakcji rozsczepienia, a w konsekwencji obniżenie temperatury. Tak więc nie ma ryzyka zajścia niekontrolowanej reakcji łańcuchowej.
4. Możliwość ciągłego przetwarzania paliwa....bezpośrednio związana z ciekłym stanem skupienia soli paliwowej.
4.1. Możliwość separowania szkodliwych produktów reakcji.Gromadzenie się tego rodzaju produktów jest jednym z poważnych problemów klasycznej energetyki jądrowej. Na przykład radioaktywny ksenon narusza strukturę prętów paliwowych, pochłania neutrony i uniemożliwia dalszy przebieg procesu. To sprawia, że w konwencjonalnym reaktorze wykorzystywany jest jedynie ułamek procenta energii znajdującego się w materiale rozszczepialnym. Co więcej, wymiana prętów wiąże się z wstrzymaniem pracy reaktora na ok. miesiąc – w przypadku technologii opartej na ciekłej soli takie przestoje nie byłyby konieczne.
4.2. Zmniejszenie ilości odpadów.Separowanie produktów rozpadu umożliwia ogromne obniżenie ilości i radioaktywności odpadów. Setki razy mniejsze objętości "popiołów", a ich promieniowanie byłoby groźne przez 100, może 200 lat, a nie przez dziesiątki milleniów.
4.3. Produkcja pożądanych i deficytowych materiałów.Wśród wyizolowywanych produktów reakcji znajduje się mnóstwo przydatnych i cennych izotopów, które są wykorzystywane np. w medycynie (badania czy walka z rakiem za pomocą "cząstek kierowanych") lub misjach kosmicznych (pluton-238 będący źródłem energii dla [chyba] wszystkich sond oddalających poza orbitę Jowisza). Oczywiście możliwe byłoby ich relatywnie łatwe pozyskiwanie z reaktora ciekłosolnego.
5. Wysoka sprawność produkcji prądu.Wysoka temperatura pracy reaktora (rzędu 700 stopni) przekłada się na wyższą wydajność energetyczną (mniej strat). Chłodziwo, już po jego wykorzystaniu do produkcji energii elektrycznej, nadal posiada znaczne ciepło odpadowe, które może posłużyć do ogrzewania domów, odsalania wody, separowania wodoru, wytwarzanie sztucznych zastępników dla benzyny, itd.
6. Nie ma ryzyka eksplozji wodorowej...co zaszło zarówno w Fukushimie, jak i Czarnobylu. W całym procesie udziału nie bierze woda, która mogłaby być rozbijana pod wpływem temperatury.
7. Stabilność soli fluorkowych.Sole fluorkowe należą do najbardziej stabilnych chemicznie związków znanych człowiekowi. Ryzyko nieprzewidzianych reakcji chemicznych pomiędzy "paliwem" a budulcem reaktora praktycznie nie istnieje. Ponadto charakterystyka soli nie zmienia się pod wpływem wysokiej temperatury, ani silnego promieniowania.
8. Uproszczona konstrukcja.Zapewne powinienem był napisać to znacznie wcześniej, ale sól fluorkowa w reaktorze typu LFTR funkcjonowałaby jednocześnie w charakterze chłodziwa, moderatora i paliwa (w tym ostatnim przypadku paliwem byłby tak naprawdę rozpuszczone w niej związki uranu, ale to detal nie istotny dla całości dyskusji). Ten fakt umożliwia znaczne uproszczenie konstrukcji, zmniejszenie jej rozmiarów, obniżenie kosztów, a potencjalnie nawet taśmową budowę reaktorów.
9. Ciągłe dostarczanie paliwa jądrowego do reaktora.Tor może być dostarczany do urządzenia w sposób ciągły, co sprawia, że w samym reaktorze znajdowałby się zaledwie kilkudniowy – a nie kilkuletni, jak w przypadku klasycznych konstrukcji – zapas materiału rozszczepialnego. Dodatkowo wszystkie radioaktywne elementy są rozpuszczone w soli, która pod wpływem spadku temperatury zastyga w twardy minerał, a nie ulatuje w atmosferę. (Powiedzmy, że w reaktor uderza samolot...)
10. Możliwość spalania odpadów radioaktywnych z klasycznych elektrowni....jak również innych materiałów rozszczepialnych (np. plutonu z głowic jądrowych).
Zalety zbiorcze MSR / LFTR.Oczywiście brak produkcji gazów cieplarnianych (i innych zanieczyszczeń atmosferycznych), co pozwalałoby na faktycznie efektywną walkę z potężnym kryzysem klimatycznym, ku któremu zmierzamy z idiotyczną konsekwencją. Od razu dodam, że nie widzę żadnej alternatywnej pociechy w źródłach odnawialnych, bo nie są one w stanie produkować prądu w sposób ciągły, a ich gęstość energetyczna – która jest kwestią kluczową! – jest zwyczajnie zbyt mała. Na dobitkę, wszystkie odnawialne technologie (wiatrowa, słoneczna, itd.) są zwyczajnie drogie, co efektywnie eliminuje je jako realne rozwiązania problemu (życzę powodzenia w namawianiu krajów niepierwszego świata na rezygnację z węgla i przestawienie się na dziesięciokrotnie droższe rozwiązania w imię wyższych racji, kiedy rozwinięte nacje zdążyły już skonsumować profity tanich paliw). Tymczasem oblicza się, że prąd z ciekłosolnych reaktorów torowych może być nawet tańszy od uzyskiwanego w elektrowniach węglowych (przy założeniu masowej produkcji). W każdym razie cena powinna być porównywalna.
(Swoją drogą obstawiam również, że przy czyszczeniu paneli słonecznych i serwisowaniu turbin wiatrowych ucierpiało więcej ludzi niż we wszystkich wypadkach jądrowych razem wziętych.)
Wyznawania techniczne.1. Nierozwinięta technologia, która leżała odłogiem przez 50 lat temu.
2. Przetwarzanie paliwa wymagałoby sporych nakładów pracy badawczo-inżynieryjnych i z pewnością nie byłoby fraszką. Niemniej to trudność natury chemicznej, a z tym radzimy sobie całkiem nieźle.
3. Wyzwania związane z długowiecznością reaktora. Między innymi korodowanie elementów konstrukcyjnych pod wpływem produktów reakcji oraz kontaktu z gorącą, ciekłą solą. Również hydraulika związana z konstrukcją i manipulowaniem nietypową cieczą.
4. Powstawanie pewnej ilości radioaktywnych odpadów jest nieuniknione. Dla niektórych to będzie element kończący całą dyskusję, ale ja takowych osób niestety nie potrafię uznać za osobniki racjonalne.
Za znacznie poważniejsze od powyższych uważam problemy natury politycznej i społecznej, ale póki co nie chcę ich jeszcze poruszać. Zwłaszcza że dla większości czytających to osób powinny być one aż nadto dobrze znane. Ale oczywiście możemy do nich wrócić później.
Przeszłość i przyszłość.Pod koniec lat 60., w USA, przez 4 lata i bez żadnych problemów działał eksperymentalny reaktor ciekłosolny (
MSRE). Nie posiadał on co prawda płaszcza torowego i był zasilany po prostu uranem, niemniej udowodnił, że projekt jest realizowalny. Dlaczego zatem ta technologia nie była rozwijana? O tym może innym razem, jeśli kogoś będzie to interesować. W Stanach nie ma aktualnie żadnych szans na prace z rządowym wsparciem, a nie chce mi się wierzyć, że postępu dokonają tak celebrowane dzisiaj start-upy (a są takie, które stawiają sobie za cel stworzenie jakichś wariantów MSR, cyklu torowego lub ich wybranych fragmentów).
Moim zdaniem cała nadzieja w Chinach. Ciekłosolnymi reaktorami torowymi zajmuje się tam prestiżowa Chińska Akademia Nauk (w dwóch ostatnich latach lider rankingu Nature oceniającego instytucje naukowe), gdzie stricte tym tematem zajmuje się 750 naukowców (pod wodzą syna Jiang Zemina). Hindusi są ponoć nawet bardziej zaawansowani w kwestii toru, ale oni planują raczej reaktory na paliwo stałe, a ponadto jednym z ich priorytetów jest chyba wytwarzanie materiałów do broni nuklearnej.
Materiały/linki.Schemat reaktora LFTR.Thorium: An energy solution - THORIUM REMIX 2011 – jeden z filmów z pro-torowego kanału gordonmcdowell, gdzie Kirk Sorensen, główny apostoł LFTRa, przystępnie tłumaczy co i jak (nie jestem pewien czy to jest najlepszy z dostępnych tam materiałów – nie miałem siły oglądać ich ponownie, aby to zweryfikować).
Dokument o MSRE – również z kanału gordonmcdowell, gdzie opisany jest przebieg eksperymentu, tło historyczne, są także wywiady z żyjącymi naukowcami, którzy przy nim pracowali.
THORIUM: energy cheaper than coal – książka Roberta Hargravesa, najbardziej kompetentna lektura w temacie, z którą miałem okazję się zapoznać.
Artykuł z Business Insider –przeglądowy materiał prasowy z końca 2016 roku, a więc całkiem świeży.
Artykuł krytyczny wobec MSR / LFTR – moim zdaniem mało rzetelny, choć podnoszący kilka istotnych trudności technicznych. Tyle że większość z nich zasadza się na argumencie "bo jeszcze nikt tego nie zrobił" i całkowicie pomijając fakt, że projekt nie był w ogóle rozwijany od lat sześćdziesiątych! A już na konkluzję, że budowa LFTRa byłaby droższa od konstrukcji typu PWR nie mam słów.
-
Zapraszam do konstruktywnej dyskusji i proszę o ograniczenie nic niewnoszących postów (na razie nie będę jeszcze wytykał podejrzanych).
Nie będę ukrywał, że liczę zwłaszcza na opinię Szacownego
Maźka, którego wiedzę merytoryczną i kulturę wypowiedzi cenię sobie na tym forum w sposób szczególny.
