Uusi nopea reaktori Yhdysvaltoihin

PRISMYdinvoiman tutkimuksessa ja kehityksessä tapahtuu nyt sen verran paljon, että ei tahdo perässä pysyä. Tämä oli ainakin minulta mennyt kokonaan ohi, vaikka hanketta on suunniteltu jo jonkin aikaa.

Yhdysvalloissa on päätetty panostaa nopeiden reaktorien tutkimukseen, ja koska maassa ei tällä hetkellä ole tarkoitukseen soveliasta koelaitosta, sellaista ollaan suunnittelemassa. Jonkinlainen aiesopimus GE Hitachin kanssa on olemassa PRISM-reaktorin rakentamisesta Idahoon.

IFR – Integral Fast Reactor – kehitettiin Yhdysvalloissa lähes valmiiksi vuosina 1984–1994. Suunnitelmat kattoivat reaktorin lisäksi suljetun polttoainekierron samassa laitoskompleksissa. Kokeissa käytettiin pientä 60 megawatin koereaktoria EBR II. Seuraava vaihe olisi ollut rakentaa täysimittainen demonstraatiolaitos, mutta Bill Clintonin ensimmäinen hallinto keskeytti projektin vuonna 1994. Se tiettävästi oli Clintonin vaalilupaus mm. ympäristöväelle ja maakaasuteollisuudelle, että ”turhat” ydinvoiman tutkimushankkeet lopetetaan. Rahoitus lopetettiin, projekti jäi pahasti kesken ja koelaitteisto määrättiin purettavaksi.

PRISM perustuu pääasiassa IFR:n ja myös joidenkin muiden vastaavien tutkimusprojektien aikana kehitettyyn tekniikkaan. Se on natriumjäähdytteinen nopea reaktori, jossa polttoaine on metallina, ei oksidina, kuten useimmiten on tapana.

Nopealla reaktorilla voidaan hyötää polttoainetta tai sillä voidaan polttaa ydinjätettä. Hyötämisellä tarkoitetaan reaktoripolttoaineeksi kelpaamattoman uraani-isotoopin U-238 muuttamista fissiokelpoiseksi plutonium Pu-239 –isotoopiksi. Koska maasta kaivetussa uraanissa on vain 0,7 % polttoaineeksi suoraan kelpaavaa U-235 –isotooppia, hyötämällä U-238 Pu-239:si, voidaan louhitun uraanin hyödynnettävissä oleva energiamäärä noin 200-kertaistaa. Vaikka uraanista ei tällä hetkellä olekaan pulaa ja hinta on varsin alhainen, hyötöreaktoritekniikka tekee ydinenergiasta käytännöllisesti katsoen ehtymätöntä. Koska polttoaineen kustannus vähenee 200 osaan entisestä, voidaan kannattavasti hyödyntää hyvinkin niukkoja esiintymiä. Talvivaaran kaivos voi tuottaa n. 200 tonnia uraania vuodessa. 200 tonnilla uraania voisi hyötöreaktoritekniikkaa käyttäen sähköistää koko Suomen 20 vuoden ajan.

Käytetty polttoaine sisältää lyhytikäisiä ja pitkäikäisiä radionuklideja. Lyhytikäiset hajoavat olemattomiin noin kolmessasadassa vuodessa. Pitkäikäiset sen sijaan pysyvät radioaktiivisina kymmeniä tuhansia vuosia. Nopeassa reaktorissa pitkäikäiset isotoopit voidaan ”polttaa”, jolloin nekin muuttuvat lyhytikäisiksi. Näin tehden käytetyn polttoaineen loppusijoitukseen tarvittavaa aikaa voidaan lyhentää kymmenistä tuhansista vuosista muutamaan sataan vuoteen.

Sekä hyötäminen että pitkäikäisten isotooppien polttamien ovat jo tunnettua tekniikkaa. Molempia voidaan haluttaessa tehdä, ja tehdäänkin, niissä muutamassa nopeassa reaktorissa joita maailmalla on toiminnassa.

Yhdysvalloissa on nyt suunnitelmissa rakentaa nopea reaktori tutkimuskäyttöön, siihen ei ole suunnitelmissa rakentaa edes turbiinia perään. Energiaministeri Rick Perry sanoo:

This cutting edge Advanced Reactor will give American companies the ability they currently lack to conduct advanced technology and fuels tests without having to go to our competitors in Russia and China.

Oltiinpa Trumpista mitä mieltä hyvänsä, tässä asiassa nykyinen hallinto toimii hyvin. Ymmärretään, että jos ei elvytetä oman maan ydintutkimusta, alan toimijat hakeutuvat Venäjälle ja Kiinaan, joissa tutkimus on jatkunut keskeytyksettä ja joissa ollaan tällä hetkellä Yhdysvaltoja edellä monessa asiassa.

Kohtalon ivaa tavallaan on se, että IFR:n tekniikkaan perustuva PRISM on tarkoitus rakentaa juuri Idahoon, samaan paikkaan jossa purkumääräyksen saanut IFR sijaitsi.
Jos IFR-projektia ei olisi kriittisessä vaiheessa keskeytetty, tekniikka olisi ollut valmis kaupallistettavaksi vuonna 2010. Projektin keskeyttäminen lienee teollisen ajan suurin yksittäinen munaus. Emämunaus.

Lähteitä:

  1. Experimental Breeder Reactor II
  2. GW-Hitachi PRISM
  3. PRISM selected for US test reactor programme
  4. GE Hitachi and PRISM Selected for U.S. Department of Energy’s Versatile Test Reactor Program
  5. USA launches test reactor project
  6. The Integral Fast Reactor – Summary for Policy Makers
  7. IFR – menetetty mahdollisuus, vai tulevaisuuden pelastaja?
  8. ”Ydinvoimassa vielä paljon kehitettävää”
Mainokset

Two questions about new generation of nuclear power

I was asked about the new generation of nuclear power. I decided to publish the answers here so others can benefit from them too.

The new generation of nuclear power is widely accepted to be the same as the Small Modular Reactors, or SMR’s. So I will answer assuming this is the case.

Question one:

What is the stage of planning new generation nuclear power plants? Where the planning/building of them has been the most advanced?

The first SMR plant is almost ready. China has built FOAK (First of a Kind) helium cooled pebble bed reactor called HTR-PM (High Temperature Reactor – Pebble bed Modular). It was meant to start within 2018 but difficulties in manufacturing the steam generators have led to some delays. They are now ready and the startup should happen any time soon.

The first modular reactor in the USA is the design of NuScale. Licensing process with the local authorities is almost ready. Construction works of the first 12 module power plant in Idaho will start within a few years and it should achieve commercial operation in 2026. Relatively short construction time will be achieved by doing most of the manufacturing works in a factory instead of on the site as usual.

Canadian based Terrestrial energy is designing a molten salt reactor called IMSR, Integral Molten Salt Reactor. Terrestrial energy have told entering the markets within two years.

I gave here three examples of the recent stage of SMR technology. There are several more vendors aiming to enter the market within the next decade. Here are two links I recommend to read if you want to find more information about SMR’s.

World Nuclear Association: Small Nuclear Power Reactors

Wikipedia: Small modular reactor

Question two:

What are the risks of next generation nuclear power?

The most important thing to understand about advanced nuclear is the difference in safety principles compared with traditional nuclear power plants. A big nuclear power plant is safe. The safety has been achieved with many different safety systems which are all designed to cool down the core in a case of emergency. For example, the new Olkiluoto 3 has four different emergency cooling systems. One system out of four is enough to keep the core in a safe condition. So three out of four systems could fail and the plant will still remain in a safe condition.

Small SMR’s are inherently safe without any extra safety systems. They rely on passive systems to cool the core. For example, NuScale will place the reactor modules in a large pool of water. In a case of emergency, the water already in place is enough to keep reactor cores safe. This happens with no efforts from the plant personnel and even without electricity or any active safety systems.

At some point, the water in the pool starts to boil. Outgoing steam transfers the heat produced by decay heat of the core. When all of the water has boiled off, decay heat has reached a level low enough to be air-cooled for an indefinite amount of time.

Conclusion: Both traditional big nuclear power plants and SMR’s are safe. However, the small size of SMR’s makes it possible to design them to be inherently safe without any separate safety systems. This is better in a situation when all power at the plant is lost. For example, the Fukushima accident would not have happened with an inherently safe nuclear power plant. What happened was that electricity at the site was lost so cooling water pumps did not work and the reactor cores melted.

Inherently safe is often called ”walk away safe”. It means that the personnel could walk away from the plant and it remains safe by its own.

I think the biggest risk with next-generation nuclear power is, that it will not be built fast enough. That we don’t succeed to make people and politicians understand, that we really don’t have enough alternatives to produce low carbon electricity and heat in a reliable way without nuclear power. A total climate change is a far more serious risk than nuclear power could ever be.

  1. HTR-PM steam generator passes pressure tests
  2. Current status and technical description of Chinese 2 × 250 MW th HTR-PM demonstration plant
  3. NuScale
  4. NuScale: ENHANCED SAFETY
  5. Terrestrial energy

Deep Decarbonization with Advanced Nuclear Seminar – osa 17

Seminaarin viimeisessä osassa iltapäivän toisen jakson ja koko seminaarin loppukeskustelu yleisökysymyksineen ja -kommentteineen.

Koko seminaari on nyt kokonaisuudessaan katsottavissa tässä 17 osaisessa Youtube-soittolistassa.

Seminaarin ohjelma ja sponsorit

Videosarjan muut osat: #NuclearDecarb

Deep Decarbonization with Advanced Nuclear Seminar – osa 16

Seminaarin videosarja lähenee loppuaan. Viimeisessä esityksessä ennen loppukeskustelua, Antti Rantakaulio Fortumilta kertoo mm. tarpeesta harmonisoida luvitusprosessit, jotta SMR-tekniikan edut saadaan hyödynnettyä.

Seminaarin ohjelma ja sponsorit

Videosarjan muut osat: #NuclearDecarb

Deep Decarbonization with Advanced Nuclear Seminar – osa 15

Iltapäivän toisen jakson ohjelma jatkuu tiiviillä katsauksella ydinvoiman talouteen, rakentamisen kustannuksiin nyt, ja mitä niiden tulevaisuudessa tulee olla, jotta ydinvoima voi olla merkittävä ratkaisu vähäpäästöisen energian lisärakentamisessa.

Tämän aiheen esittelee meille tutkija Diarmuid Foley Irlannista.

Seminaarin ohjelma ja sponsorit

Videosarjan muut osat: #NuclearDecarb

Deep Decarbonization with Advanced Nuclear Seminar – osa 14

Seminaarin aamupäivän teemana oli ongelman määrittely, iltapäivän ensimmäisen jakson teemana sen ratkaisu, ja iltapäivän toisen jakson teemana ratkaisun poliittiset haasteet.

Iltapäivän aloittaa SDP:n kansanedustaja Ville Skinnari.

Seminaarin ohjelma ja sponsorit

Videosarjan muut osat: #NuclearDecarb