K, 7.12.2022

Tuumajaam sinu tagaaias: mormoonidele kuuluva ülikooli teadlased mahutasid sulasoolareaktori merekonteinerisse

teadus.postimees.ee
Tuumajaam sinu tagaaias: mormoonidele kuuluva ülikooli teadlased mahutasid sulasoolareaktori merekonteinerisse
Facebook Messenger LinkedIn Twitter
Comments
Professor Matthew Memmott oma laboris.
Professor Matthew Memmott oma laboris. Foto: Brooklyn Jarvis Kelson / BYU

Professor Matthew Memmott koos abilistega Brigham Youngi Ülikoolist Utah´ osariigis sai hakkama energiatootmise jaoks üsna märgilise saavutusega - mahutas keerulise ja suure sulasoolareaktori ära konteinerisse, mille võib vabalt veoauto kasti tõsta või mahutada 12 meetri pikkusesse merekonteinerisse. Selline väike jõujaam on ohutu ja toidab ära kuni tuhat USA elektriablast kodumajapidamist.

Ehkki tuumaenergia on nii Tšernobõli kui Fukushima tuumakatastroofidega saanud külge musta ja saastava pleki, on ammune tehnoloogia - sulasoolareaktor nendest ohtudest vaba, sest seda tüüpi tuumajaam ei sula avarii puhul mitte maakoore sisse, lekitades hulga radioaktiivset kiirgust, vaid tahkub lihtsalt ära. Radioaktiivset saasta ei teki eriti ka töö käigus. Ainuke probleem oli, et sedasorti energiajaamad olid väga keerulised ja suured ning neid polnud veel suudetud tööstuslikult toota.

Utahi teadlased Brigham Youngi Ülikoolist lahendasid senised probleemid uut tüüpi reaktori leiutamisega, mille reaktsioonikamber on üsna tilluke - vaid 1,1 x 2,1 meetrit. Kõik juuresolevad lisaseadmed disainiti sellistena, et need mahuksid ära keskmisse veoautokasti.

Tavaline Ameerikas kasutatav tuumareaktor on nii-öelda kergveereaktor, kus uraani aatomid jagunevad energia saamiseks kergemateks ja kiirgavad selle käigus tohutul hulgal soojust, siis tuleb neid hoida tahkekütuse varrastes, millest lastakse läbi jahutavat vett. Kui jahutusveest ei piisa, võivad vardad üle kuumeneda ning kogu tuumareaktor kuumeneb üle, ähvardades tuumakatastroofiga.

Memmott kasutab aga teistsugust lahendust, milleks on hoida radioaktiivseid elemente kütusevarraste asemel sulasoolas.

«Tuumaenergia võib olla väga ohutu ja odav,» selgitas Memmott ülikooli pressiteates, «sulasoolareaktor on väga hea lahendus praegusele energiaolukorrale, sest sellest ei teki ohtlikke saasteaineid.»

Memmotti loodud uues reaktoris lahustatakse tuumareaktsiooni ajal ja pärast seda kõik radioaktiivsed kõrvalsaadused sulasoolas. Tavalise tuumakütuse elemendid võivad aeglaselt jahtudes eraldada soojust või radioaktiivsust sadu tuhandeid aastaid, mistõttu ongi tuumajäätmed nii ohtlikud. Soola sulamistemperatuur on aga üsna kõrge – 550 °C ja ei lähe kaua aega, kui reaktoris olevate keemiliste elementide temperatuur langeb juba sulamistemperatuurist allapoole. Kui sool kristalliseerub, neeldub kiirgus soola sisse (mis ei hakka uuesti sulama), välistades elektrijaama ülekuumenemise ja tuuma sulamise ohu.

Soolana kasutatakse sellistes reaktorites liitium-berülliumfluoriidi ja liitiumfluoriidi, kütusena näiteks uraanist odavamat ja kättesaadavamat tooriumi, mis on vaid nõrgalt radioaktiivne. Stardikütusest jätkub 4-7 aastaks.

Sulasoolaga tuumareaktori disaini teiseks eeliseks on ka võimalus kõrvaldada ohtlikke tuumajäätmeid, mis on üle jäänud näiteks uraanireaktoritest. Reaktsiooniproduktid sulanduvad ohutult soola sisse. Veelgi enam, paljusid neist produktidest saab soolast puhtana eemaldada ja kasutada.

Näiteks molübdeen-99 on üks eralduv ja väga kallis element, mida kasutatakse meditsiinilistes aparaatides, soolast saab välja võtta ka selliseid elemente nagu koobalt-60, kuld, plaatina, neodüüm.

Kui kõik vajalikud ained on eraldatud, saab sool nii puhtaks, et seda võib tuumareaktoris uuesti kasutada.

Professor Matthew Memmotti juhtimisel loodud reaktori reaktsioonikamber on üsna väike - vaid 1,2 x 2,1 meetrit, sellel pole kokkuvarisemise ega üles sulamise ohtu. See suudab toota piisavalt energiat tuhande Ameerika kodumajapidamise jaoks. Memmott ütles väljaandele The Register, et reaktori võimsus peaks olema umbes 10 MW.

Teadlased disainisid lahenduse ära mahtuma 12 meetri pikkusse veoautosse ehk väiksemasse merekonteinerisse. Sellist tuumajaama saab igale poole transportida ja ühendada nagu võimsat elektrigeneraatorit.

«Inimesed on viimase 60 aasta jooksul arvanud, et tuumaenergia on halb, see nõuab suuri jaamu ning on ohtlik,» sõnas Memmott. «Need arvamused põhinevad esimese põlvkonna reaktorite tekitatud probleemidel, kuid sulasoolareaktor on samaväärne ränikiibi leiutamisega. Meil on võimalik saada palju väiksemaid, ohutumaid ja odavamaid reaktoreid ning kõigist tuumaenergia probleemidest lahti saada.»

Uut tüüpi reaktorit hakatakse ehitama Utahi osariigi mahajäetud söekaevanduste piirkonnas, kus on osa vajaminevast tehnoloogiast juba olemas, kirjutab The Salt lake Tribune. Ülikool, mis uut tüüpi sulasoolareaktorit arendab, kuulub Viimse Aja Pühade Jeesuse Kristuse Kirikule, kuhu kuuluvad mormoonid ning kui selle ülikooli leiutised sisse toovad, saab kirik tulu endale.

Millal leiutati sulasoolareaktor ja mis saab edasi?

Oak Ridge´i sulasoolareaktor vaevles möödunud sajandil korrosiooniprobleemide käes ja suleti. Nüüd on lahendused leitud.
Oak Ridge´i sulasoolareaktor vaevles möödunud sajandil korrosiooniprobleemide käes ja suleti. Nüüd on lahendused leitud. Foto: Oak Ridge´i riiklik labor

Sulasoolareaktor töötati välja juba 1950. ja 1960. aastatel ning selle väiksema suuruse ja parema ohutuse tõttu arvati need olevat heaks alternatiiviks kergeveereaktoritele. Paraku oli tolleaegne tehnoloogiline tase ja ka materjalid sellised, mis ei lubanud stabiilseid töötavaid kommertsreaktoreid veel arendada. 

Eelmisel sajandil töötanud ainus eksperimentaalne sulasoolareaktor Oak Ridge´i riiklikus laboris suleti 1970. aastal, kuna selgus, et fluoriidisoolad söövitavad uskumatult kiiresti metalle ja muid reaktori ehitamiseks kasutatud materjale. Isegi laboris ehitatud spetsiaalsete sulamitega ei suudetud ära hoida korrosiooni kõrgel temperatuuril.

USA Energeetikaosakond käivitas hiljuti uuesti hiljuti Los Alamose riikliku labori juhitud 9,25 miljoni dollari suuruse uuringu, et selgitada välja senise reaktori vead ja teha kindlaks, mida on vaja sellist tüüpi töökindla reaktori ehitamiseks.

Utahi ülikooli teadlaste meeskond loodab väikese ohutu reaktori valmis saamiseks teha koostööd Alpha Tech Research Corporationiga. Üks korrosiooniprobleemi lahendustest Utahi reaktoris on sulasoolast vee ja hapniku eemaldamine, mis vähendab oluliselt korrosiooni mõju.

Märksõnad
Tagasi üles