Polscy naukowcy zbadali bezpieczeństwo reaktora jądrowego IV generacji

Naukowcy z Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) dowiedli, że reaktory dwupłynowe (DFR) charakteryzują się ujemnym temperaturowym współczynnikiem reaktywności. To jeden z kluczowych elementów świadczących o pasywnym bezpieczeństwie reaktora.

DFR (Dual Fluid Reactor) to nowatorska koncepcja reaktora pracującego na neutronach prędkich. Paliwem DRF mogą być albo stopione sole (chlorki uranu i plutonu) albo mieszanina eutektyczna – czyli mająca niższą temperaturę topnienia niż jej składniki osobno – złożona z metali uranu i chromu. Reaktory takie chłodzone są stopionym ołowiem.

Głównymi zaletami DFR, w porównaniu do innych reaktorów IV generacji są wysoki poziom wykorzystania paliwa, wysoki współczynnik zwrotu zainwestowanej energii, efektywna gospodarka paliwem oraz kompleksowa konstrukcja. DFR mogą osiągnąć bardzo wysoką temperaturę czynnika roboczego, sięgającą 1000 stopni Celsjusza, dzięki czemu nadają się np. do prowadzenia wysokotemperaturowej elektrolizy wody i pozyskiwania wodoru. Co więcej, DFR są niezwykle elastyczne. W ciągu zaledwie kilkudziesięciu sekund obciążenie reaktora można obniżyć z mocy znamionowej do 6–7%, co czyni je szczególnie przydatnymi do współpracy ze źródłami odnawialnymi. A dzięki temu, że w DFR wykorzystuje się ciekłe paliwo metaliczne oraz chłodziwo bardzo dobrze odbierające ciepło, można zmniejszyć wymiary reaktora, co obniża koszty jego budowy.

Specjaliści z NCBJ zajmowali się bezpieczeństwem reaktorów dwupłynowych. Bardzo ważnym elementem tego bezpieczeństwa jest temperaturowy współczynnik reaktywności. Opisuje on pasywne, czyli oparte bezpośrednio o prawa fizyki, bezpieczeństwo reaktora jądrowego. Ujemna jego wartość oznacza, że przy wzroście temperatury spowodowanym zwiększoną liczbą reakcji dochodzi do samoczynnego zmniejszenia liczby reakcji, dzięki czemu reaktor wraca do stanu bezpiecznego.

Polscy naukowcy opublikowali właśnie wyniki przeprowadzonej przez siebie analizy na ten temat. Z naszych obliczeń i symulacji wynika, że reaktor DFR cechuje się ujemnym współczynnikiem reaktywności w trakcie całego analizowanego okresu pracy reaktora, mówi współautor badań doktor inżynier Jakub Sierchuła. W obliczeniach i symulacjach uwzględniliśmy zarówno efekt Dopplera, jak i zmiany gęstości materiałów wynikające ze zmiany temperatury w rdzeniu. Analizie zostały poddane trzy współczynniki materiałowe: dla paliwa, chłodziwa i reflektora. Stwierdziliśmy, że wszystkie one są ujemne. Największy wpływ na całkowity współczynnik temperaturowy reaktywności ma paliwo, a najmniejszy chłodziwo, przy czym zmiana silniej zależy od zmiany gęstości niż przekrojów czynnych. Innymi słowy, w analizowanym przypadku, zmiana gęstości ma znacznie większe znaczenie niż efekt Dopplera, dodaje.

Narodowe Centrum Badań Jądrowych reaktor dwupłynowy reaktor IV generacji