Sulasuolareaktori – katsaus historiaan

Olen aikaisemmin kirjoittanut IFR-ydinvoimakonseptista, joka on yksi varteenotettava vaihtoehto fossiilienergialle tulevaisuudessa. IFR käyttää polttoaineena uraania kuten nykyisetkin ydinvoimalat, mutta käyttää sen sata kertaa nykyistä tehokkaammin. Uraanin riittävyys ei aseta esteitä vaikka kaiken ihmiskunnan tarvitseman energian tuottamiseksi tällä tekniikalla tuhansia vuosia eteenpäin.

IFR ja uraani eivät ole ainoat vaihtoehdot. Torium, alkuaine numero 90, kelpaa myös ydinpolttoaineeksi. Toriumia on maankuoressa kolme kertaa enemmän kuin uraania. Toriumin käyttöön soveltuu hyvin ns. sulasuolareaktori, josta käytetään lyhennettä MSR sanoista Molten Salt Reactor. Se on tekniikkana ilmeisesti vielä huonommin tunnettu kuin IFR:n kaltaiset nopeat reaktorit, eikä ole harvinaista, että täyden uran palvelleet ydinvoimainsinöörit eivät ole kuulleetkaan siitä.

Suolasulareaktorin historia alkaa Yhdysvalloista 1940-luvulta, jolloin sitä suunniteltiin lentokoneen voimanlähteeksi. Kehitystyö tehtiin Oak Ridge National Laboratoryssa vuosina 1946-1961. Ensimmäinen pieni koereaktori oli toiminnassa marraskuussa 1954. Se tuotti yhteensä 96 megawattituntia 221 käyttötunnin aikana, saavutti 2,5 MWt:n tehon ja 860˚C lämpötilan, mikä riittää mainiosti lentokoneen kaasuturbiinille. [4]

Kuva 1.

Kuvassa 1 nähdään hahmotelma lentokoneen ydinvoimamoottorista. Sen sijaan, että kaasuturbiinissa kokoon puristettu ilma lämmitetään kerosiinia polttamalla, se lämmitetään ydinreaktorista saatavalla lämmöllä. Radioaktiivinen polttoaine on suljetussa kierrossa eikä sitä vapaudu moottorista ilmakehään. Moottorista tulee vain kuumaa ilmaa. Onnettomuustilanteessa riski radioaktiiviselle päästölle on luonnollisestikin suuri.

Yksi B-36 pommikone (Kuva 2.) varustettiin toimivalla reaktorilla ja sillä tehtiin 47 koelentoa vuosina 1955-1957. Kone lensi omilla moottoreillaan, ei siis reaktorin voimalla. Tarkoituksena oli aluksi ainoastaan testata, miten reaktoria voidaan käyttää lentokoneessa. Kone oli varustettu 12 tonnia painavalla lyijysuojauksella miehistön suojaamiseksi säteilyltä. [2]

Kuva 2.

Kylmän sodan aikaan suurvalloilla oli tapana partioida pommikoneilla Pohjoisnavan yllä valmiina nopeasti hyökkäämään vihollisen kimppuun. Ydinvoimalla toimiva lentokone olisi voinut pysytellä ilmassa viikkoja yhteen menoon ja lentää ilman välitankkauksia minne tahansa Maapallolla. Sitten keksittiin mannertenväliset ohjukset ja tämä suunnitelma kävi tarpeettomaksi.

Reaktorin kehitystyö kuitenkin jatkui. Alettiin tutkia sen soveltuvuutta siviilikäyttöön. Kymmenen megawatin koereaktorin suunnittelu aloitettiin vuonna 1960. Rakentaminen aloitettiin 1½ vuotta myöhemmin ja reaktori (Kuva 3.) käynnistettiin kesäkuussa 1965. Laskuvirheen takia se toimi vain 8 megawatin teholla, mutta sillä ei ollut kehitystyön kannalta merkitystä. Polttoaineena oli aluksi uraani-235, joka myöhemmin vaihdettiin uraani-233:ksi, ja plutonium-239:kin kokeiltiin.

Kuva 3.

Reaktorin toiminta päättyi joulukuussa 1969 lupaavin tuloksin. Suunnitelmissa oli rakentaa uusi, kertyneiden kokemusten perusteella parannettu koereaktori, mutta tammikuussa 1973 projekti määrättiin lopetettavaksi. Vuotta myöhemmin se kuitenkin käynnistettiin uudelleen, kunnes se 1976 päättyi lopullisesti ”säästösyistä”, sekä joihinkin vuonna 1971 havaittuihin teknisiin ongelmiin vedoten, jotka kuitenkin oli sittemmin jo ratkaistu. [1]

Suolasulareaktorilla ei ollut käyttöä pommimateriaalin valmistuksessa, joten puolustusvoimia se ei lentokonesuunnitelman hautaamisen jälkeen kiinnostanut.

Kehitystyö ei päättynyt kokonaan vuoteen 1976, vaan on jatkunut eri puolilla maailmaa. Yhtään uutta koereaktoria ei ole rakennettu, mutta kehitystyötä on tehty ”paperilla” sekä reaktorin, että polttoaineenkäsittelyn ja vaihtoehtoisten polttoainekiertojen ympärillä.

Kuluvan vuoden tammikuun lopussa Kiina ilmoitti ryhtyvänsä suolasulareaktorin kehitystyöhön. Projektin kestoksi on suunniteltu 20 vuotta. Koska ensimmäinen toimiva suolasulareaktori rakennettiin vain muutamassa vuodessa, ja koska Kiinalla on todennäköisesti tehdyn kehitystyön tulokset hallussaan, on hyvin mahdollista, että Kiina pystyy kaupallistamaan tämän tekniikan huomattavasti 20 vuotta lyhyemmässä ajassa. Silloin Kiinalla olisi käytössä ylivoimaisen edullinen, ehtymätön ja päästötön energiamuoto. Ydinvoiman synnyinmaa Yhdysvallat on pahasti putoamassa tämän kehityksen kelkasta. Myös Japanissa on suunnitelmia MSR:n kaupallistamiseksi.

Euroopassakin olisi osaamista MSR:n kehitystyöhön, ja jonkin verran työtä tehdäänkin ainakin Tsekeissä, Italiassa ja ehkä vähän yllättäen Norjassa, jolla on runsaita toriumesiintymiä. Suunnitelmia on myös vastustettu, etenkin Ranskassa, koska Ranskan ydinvoimateollisuudella on vielä myyntituloja saamatta nykyisistä G3+ laitoksistaan, joihin mm. Olkiluoto 3:n EPR kuuluu.

Katso myös artikkeli Sulasuolareaktori – energiaa toriumista, jossa perehdymme suolasulareaktorin tekniikkaan ja mahdollisuuksiin tulevaisuuden energianlähteenä.

Lähteitä:

  1. The Molten Salt Reactor Adventure
  2. Nuclear Powered Aircraft
  3. Aircraft Nuclear Propulsion
  4. The Aircraft Reactor Experiment-Operation
  5. Molten-Salt Reactor Experiment
  6. A Brief History of the Fluid Fuel Reactor

2 thoughts on “Sulasuolareaktori – katsaus historiaan

  1. Se vaikuttaa tosi hyvältä, termisiltä- ja virtausominaisuuksilta sopiva jäähdyte varmaan löytyy tai kehitetään. Skaala on laaja.

    Vielä kun reaktio tapahtuisi tuossa litkussa itsessään ja päästäisiin eroon säätösauvoista niin a Vot!

    Tykkää

  2. Päivitysilmoitus: US Navy Nuclear Officer Opportunities

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s