Prelom v chladení otvára dvere bezpečným jadrovým mikroreaktorom

Predstava malých, v továrni vyrobených jadrových mikroreaktorov, ktoré by mohli napájať odľahlé komunity, vojenské základne či dátové centrá, je už dlho prísľubom energetickej revolúcie. Najväčšou prekážkou však vždy bola otázka bezpečnosti a spoľahlivosti. Projekt MARVEL (Microreactor Applications Research Validation and Evaluation) v Idaho National Laboratory (INL) však nedávno dosiahol kľúčový prelom, ktorý túto víziu približuje k realite.

Projekt MARVEL je testovacou platformou pre jadrové technológie novej generácie. Jeho dizajn je unikátny, pretože kombinuje palivo (hydrid uránu a zirkónia), chladivo (tekutý kov, konkrétne zliatina sodíka a draslíka) a geometriu, aká ešte nikdy nebola použitá v žiadnom inom reaktore. Tento reaktor je navrhnutý tak, aby generoval až 100 kilowattov tepelného výkonu pri prevádzkových teplotách okolo 500 až 550 stupňov Celzia.

Najväčšou inováciou a zároveň výzvou projektu bol chladiaci systém. V jadrovom reaktore primárny chladiaci okruh odvádza teplo z jadra, podobne ako chladič v aute. Tím MARVEL sa rozhodol pre pasívny mechanizmus „prirodzenej cirkulácie“ bez použitia čerpadiel, ktorý funguje na princípe stúpania horúcej kvapaliny, podobne ako stúpa horúci vzduch v komíne.

Tento prístup je zo svojej podstaty bezpečnejší, pretože sa nespolieha na mechanické komponenty, ktoré môžu zlyhať. Keďže dizajn reaktora bol úplne nový a neexistovali žiadne porovnávacie dáta, inžinieri prišli s geniálnym riešením. Vytvorili PCAT (Primary Coolant Apparatus Test) – takmer presnú, plnohodnotnú repliku chladiaceho systému MARVEL, ktorá však namiesto jadrového paliva využívala na výrobu tepla elektrickú energiu.

Tento „nejadrový dvojník“ umožnil tímu bezpečne a bez radiačného rizika otestovať celý systém až na jeho hranice. Testovanie na PCAT odhalilo a pomohlo vyriešiť kritický problém. Pôvodný dizajn využíval Stirlingove motory na odvod tepla, tie však spôsobovali nadmerné vibrácie, ktoré by mohli poškodiť skutočný reaktor.

Tím ich preto nahradil stabilnejším usporiadaním podobným radiátoru. Testy nakoniec potvrdili, že pasívna prirodzená cirkulácia funguje spoľahlivo a dokáže bezpečne zvládnuť plný tepelný výkon reaktora. Úspech projektu MARVEL predstavuje nový model pre urýchlenie inovácií v jadrovej energetike.

Vytvorením presnej nejadrovej repliky dokázal tím izolovať a vyriešiť najzložitejšie technické výzvy bez obrovských nákladov, regulačnej záťaže a bezpečnostných rizík spojených s prácou s aktívnym jadrovým reaktorom. Tento prístup „testovania na dvojčati“ je plánom, ako robiť výskum a vývoj v jadrovej oblasti rýchlejšie, lacnejšie a bezpečnejšie.

Dôraz na pasívnu bezpečnosť je zároveň kľúčový pre získanie dôvery verejnosti a regulačných orgánov. Tým, že projekt MARVEL navrhol a overil systém, ktorý sa spolieha na základné fyzikálne zákony (konvekciu) namiesto súčiastok náchylných na poruchy (čerpadiel), rieši hlavnú obavu verejnosti z katastrofického zlyhania a roztavenia jadra. Je to hmatateľný dôkaz, že mikroreaktory predstavujú zásadne bezpečnejšiu generáciu jadrovej technológie.

Zdroj: thecooldown.com.

^{Zdroj Foto: Idaho National Laboratory}