Ydinreaktori sulan uraanisuolan avulla

Yhdysvaltain energiaministeriön Oak Ridge National Laboratory on maailman johtava sulasuolaisen reaktoriteknologian kehittäjä – ja sen tutkijat tekevät myös perustiedettä, jota tarvitaan tavoiteltaessa tulevaisuuden tehokkaampaa ydinenergiaa.

Äskettäin tutkijat ovat dokumentoineet ensimmäistä kertaa korkean lämpötilan nestemäisen uraanitrikloridin (UCl3) suolan ainutlaatuisen kemiallisen dynamiikan ja rakenteen, joka on potentiaalinen ydinpolttoainelähde seuraavan sukupolven reaktoreille.

"Tämä on ensimmäinen kriittinen askel mahdollistamaan hyvät ennustavat mallit tulevien reaktoreiden suunnitteluun", sanoi tutkimusta johtanut Santanu Roy.

Sulasuolareaktoreilla on vuosikymmeniä odotettu kyky tuottaa turvallista ja edullista ydinenergiaa. Vuosina 1968 – 1969 ORNL:n prototyyppikokeet osoittivat toimivaa tekniikkaa. Sen lisäksi, että reaktori toimi U-233:lla ja toimi taloudellisena todisteena ydinvoiman konseptista, se oli pohjimmiltaan erilainen kuin useimmat nykyaikaiset mallit. Polttoaine ei ollut reaktorin sydämessä jäähdytysaineiden kiertäessä sen läpi vaan pikemminkin sulasuolat toimivat sekä polttoaineen kantajana että jäähdytysnesteenä. Myöskään käytetty polttoaine ja prosessoitu sulan suolan kantaja ei tarvinnut säteilysuojaa.

Viime aikoina, kun hiilidioksidipäästöjen vähentämisestä on tullut yhä tärkeämpi tavoite ympäri maailmaa, monet maat ovat panostaneet uudelleen tällaisten ydinreaktorien saattamiseksi laajaan käyttöön.

Ihanteellinen järjestelmäsuunnittelu näille tuleville reaktoreille perustuu nestemäisten polttoainesuolojen käyttäytymisen ymmärtämiseen, mikä erottaa ne tyypillisistä kiinteitä uraanidioksidipellettejä käyttävistä ydinreaktoreista.

ORNL:n, Argonne National Laboratoryn ja Etelä-Carolinan yliopiston yhteistyössä tekemässä tutkimuksessa käytettiin laskennallisten lähestymistapojen yhdistelmää sekä ORNL:n neutronitutkimusjärjestelmää selvittämään UCl3:n sulan tilan kemiallista sidosta ja atomidynamiikka käytön vaatimissa korkeissa lämpötiloissa.

Osoittautui, että nesteen sisällä tapahtui erilaisia erittäin nopeita dynaamisia ilmiöitä kuten sidospituuksien venymistä ja kutistumista.

"Tämä on tuntematon osa kemiaa ja paljastaa aktinidien perustavanlaatuisen atomisen rakenteen äärimmäisissä olosuhteissa", sanoi Alex Ivanov.

Nämä havainnot yhdessä laajempien tutkimuksen tulosten kanssa voivat auttaa parantamaan sekä kokeellisia että laskennallisia lähestymistapoja tulevien reaktoreiden suunnitteluun.

Lisäksi nämä tulokset parantavat perusymmärrystä aktinidisuoloista, jotka voivat olla hyödyllisiä ydinjätteen ja pyroprosessoinnin haasteisiin vastaamisessa ja muissa nykyisissä tai tulevissa sovelluksissa, jotka sisältävät tämän sarjan elementtejä.

Aiheesta aiemmin:

5000 vuotta kestävä paristo

Miten olisi pieni ydinfuusio?