Kärnreaktorkylvätska - Nuclear reactor coolant

Kärnreaktorkylmedel
Kylvätska Smältpunkt Kokpunkt
Tungt vatten vid 154 bar 345 ° C
NaK eutektik -11 ° C 785 ° C
Natrium 97,72 ° C 883 ° C
FLiNaK 454 ° C 1570 ° C
FLiBe 459 ° C 1430 ° C
Leda 327,46 ° C 1749 ° C
Bly-vismut eutektisk 123,5 ° C 1670 ° C

Ett kärnreaktorkylmedel är ett kylmedel i en kärnreaktor som används för att avlägsna värme från kärnreaktorkärnan och överföra den till elektriska generatorer och miljön . Ofta används en kedja med två kylmedelsöglor eftersom den primära kylmedelsslingan får kortvarig radioaktivitet från reaktorn.

Vatten

Nästan alla kärnkraftverk som för närvarande arbetar är lättvattenreaktorer som använder vanligt vatten under högt tryck som kylvätska och neutronmoderator . Cirka 1/3 är kokvattenreaktorer där det primära kylmediet genomgår fasövergång till ånga inuti reaktorn. Cirka 2/3 är reaktorer med tryckvatten vid ännu högre tryck. Nuvarande reaktorer förblir under den kritiska punkten vid cirka 374 ° C och 218 bar där skillnaden mellan vätska och gas försvinner, vilket begränsar värmeeffektiviteten , men den föreslagna superkritiska vattenreaktorn skulle fungera över denna punkt.

Tungvattenreaktorer använder deuteriumoxid som har identiska egenskaper som vanligt vatten men mycket lägre neutronavskiljning , vilket möjliggör mer grundlig moderering.

Nackdelar

tritium läcka

När väteatomerna i vattenkylmedel bombarderas med neutroner, absorberar vissa en neutron för att bli deuterium och sedan blir andra radioaktiva tritium. Vatten som är förorenat med tritium läcker ibland till grundvatten av en slump eller genom officiellt godkännande.

Väteexplosion vid strömavbrott

Bränslestavarna skapar höga temperaturer som kokar vatten och sedan förvandlar vatten till ånga. Under en katastrof, när ett strömavbrott inträffar och dieselkraftaggregat som ger nödkraft till vattenpumpen skadas av en tsunami eller en jordbävning, om inget färskvatten pumpas för att kyla bränslestavarna fortsätter bränslestavarna att värmas upp . När bränslestavarna når mer än 1200 grader Celsius kommer zirkoniumrören som innehåller kärnbränslet att interagera med ångan och dela väte från vattnet. Detta väte kan sedan frigöras från reaktorkärnan och inneslutningskärlet. Om detta väte ackumuleras i tillräckliga mängder-koncentrationer på 4 procent eller mer i luften, kan det väte explodera, som uppenbarligen har inträffat vid Fukushima Daiichi-reaktorer nr 1, 3, 4 men reaktor nr 2 öppnade ventilen för att släppa ut radioaktiv vätgas, vilket minskade vätetrycket, men det förorenade miljön, så reaktor nr 2 exploderade inte.

Borerat vatten

Borerat vatten används som kylmedel under normal drift av tryckvattenreaktorer (PWR) samt i nödkylsystemen (ECCS) av båda PWR och kokvattenreaktorer (BWR).

Fördelar

Bor , ofta i form av borsyra eller natriumborat, kombineras med vatten - en billig och riklig resurs - där den fungerar som ett kylmedel för att avlägsna värme från reaktorkärnan och överför värmen till en sekundär krets. En del av sekundärkretsen är ånggeneratorn som används för att vrida turbiner och generera el. Borerat vatten ger också de extra fördelarna med att fungera som ett neutrongift på grund av dess stora neutronabsorptionstvärsnitt, där det absorberar överskott av neutroner för att hjälpa till att kontrollera klyvningshastigheten i reaktorn. Således kan kärnreaktorns reaktivitet lätt justeras genom att ändra borkoncentrationen i kylvätskan. Det vill säga, när borkoncentrationen ökas (boration) genom att lösa mer borsyra i kylmediet minskar reaktorns reaktivitet. Omvänt, när borkoncentrationen minskas (utspädning) genom att tillsätta mer vatten, ökar reaktorns reaktivitet.

Nackdelar

Cirka 90% av tritium i PWR-kylmedel bildas genom reaktioner av bor-10 med neutroner. Eftersom tritium i sig är en radioaktiv isotop av väte blir kylmediet förorenat med radioaktiva isotoper och måste hindras från att läcka ut i miljön. Dessutom måste denna effekt beaktas vid längre cykler av kärnreaktordrift och kräver således högre initial koncentration av bor i kylvätskan.

Smält metall

Snabba reaktorer har hög effekttäthet och behöver inte, och måste undvika, neutronmoderering. De flesta har varit flytande metallkylda reaktorer med smält natrium . Bly, eutektisk bly-vismut och andra metaller har också föreslagits och ibland använts . Kvicksilver användes i den första snabba reaktorn .

Smält salt

Smält salter delar med metaller fördelen med lågt ångtryck även vid höga temperaturer och är mindre kemiskt reaktiva än natrium . Salter som innehåller ljuselement som FLiBe kan också ge moderering. I smält-saltreaktorförsöket fungerade det till och med som ett lösningsmedel som bär kärnbränslet.

Gas

Se även: Gaskyld reaktor

Gaser har också använts som kylvätska. Helium är extremt inert både kemiskt och med avseende på kärnreaktioner men har låg värmekapacitet ,

Kolväten

Organiskt modererade och kylda reaktorer var ett tidigt koncept som studerades med kolväten som kylmedel. De lyckades inte.

Referenser

externa länkar