Un nou mod de a răci și de a conține masa radioactivă, asemănătoare lavei, care se formează în miezul unui reactor nuclear în timpul unei fuziuni catastrofale, a fost dezvoltat de cercetătorii din SUA. Tehnica presupune utilizarea de materiale carbonate granulare în loc de apă și a fost demonstrată atât în bancuri de testare la scară mică, cât și la scară mare, folosind oxid de plumb topit. Dezvoltatorii lucrează acum la o aplicație comercială a sistemului.
Când o centrală nucleară suferă o topire catastrofală, se poate forma un amestec radioactiv asemănător lavei, format din combustibil nuclear, bare de control, produse de fisiune și componente structurale ale reactorului. Denumită „corium”, această masă topită este în același timp extrem de periculoasă și are potențialul de a se deplasa.
„În timpul unui accident grav de reactor, vasul care conținea combustibilul se topește și se rupe”, explică inginerul David Louie de la Sandia National Laboratories. „Apoi, toate acele materiale cad pe podeaua de izolare și încep să se răspândească.”
Explozia hidrogenului
Fundarea poate intensifica eliberarea de material radioactiv în mediul înconjurător în două moduri, dintre care primul este potențialul coriumului de a se topi prin podeaua clădirii reactorului și de a se infiltra în solul subiacent. Masa topită ar putea, de asemenea, să reacționeze chimic cu materialele din jur, cum ar fi betonul, pentru a crea hidrogen gazos care se poate acumula și provoca o explozie.
Tehnica standard de tratare a coriului este de a încerca să îl răcești cu apă. Cu toate acestea, această abordare funcționează de obicei prea încet, permițând dezastrului să continue să evolueze și lăsând contaminanții radioactivi să scape în zona înconjurătoare.
„În cele din urmă, coriumul încetează să se răspândească deoarece apa îl va răci”, a spus Louie. „Dar nu vrei ca accidentul să se agraveze din ce în ce mai mult în timp ce te străduiești să aduci apă. Apa oferă, de asemenea, o sursă de hidrogen exploziv.”
În căutarea unei metode mai bune de răcire și de reținere a coriumului, Louie și colegii săi s-au orientat spre mineralele carbonate granulare, cum ar fi calcita și dolomita, despre care spun că ar putea fi injectate în inima reactoarelor în cazul unei fuziuni.
Test la scară mică
Începând cu un test la scară mică, echipa a încălzit câteva grame de pulbere de oxid de plumb la 1000 °C pentru a crea un material topit similar cu coriul. Apoi au combinat acest lucru atât cu o mostră de calcit granular, cât și, pentru comparație, cu boabe de dioxid de siliciu (nisip).
„Am văzut că mineralele de carbonat injectabile funcționează”, a spus Louie. „A reacționat chimic pentru a produce o mulțime de dioxid de carbon, care a „fermentat” oxidul de plumb într-o structură plăcută, ca o prăjitură. Reacția în sine a avut un efect de răcire, iar toți porii din „tort” permit o răcire suplimentară.” În schimb, nisipul folosit ca probă de control nu a avut niciun efect asupra coriumului simulat.
Un experiment ulterior, efectuat la scara unui kilogram, a arătat, de asemenea, că granulele de carbonat pot fi aplicate cu succes pentru a conține materialul topit. Cercetătorii au încorporat, de asemenea, materialele lor de siguranță injectabile în software-ul de modelare a topirii reactoarelor de la Sandia pentru a examina modul în care carbonatele granulare ar putea afecta desfășurarea unui dezastru nuclear din lumea reală – cum ar fi cel care a avut loc la centrala japoneză Fukushima Daiichi în 2011.
„Deși există multe modalități de a face energia nucleară mai sigură, soluții precum reactoarele cu unde călătoare și reactoarele cu săruri topite implică adesea o infrastructură complet nouă, a cărei dezvoltare poate dura zeci de ani”, spune fizicianul Lawrie Skinner de la Universitatea Stanford, care nu a fost implicat în studiul de față. El adaugă: „Această metodă de injectare a carbonatului oferă o modalitate simplă de a face tehnologia actuală a reactoarelor mai sigură.”
Este nevoie de demonstrații mai mari
„Deși trebuie încă să fie demonstrată experimental la scări mai mari și cu materiale care se potrivesc îndeaproape cu topiturile nucleare, va fi interesant de văzut cum se comportă aceste metode de injectare a carbonatului.”
Oliver Alderman de la Materials Development Inc. a studiat anterior lava de corium și numește noua cercetare „un concept foarte frumos”. „Mă întreb cu privire la efectul temperaturii coriumului – coriumul poate fi mult mai fierbinte decât oxidul de plumb topit utilizat – și, de asemenea, cu privire la reacțiile exotermice secundare care ar putea avea loc”, avertizează el.
El adaugă: „Un alt punct interesant de luat în considerare este faptul că este probabil ca conductivitatea termică a materialului „turtei” să fie foarte scăzută, iar acest lucru ar putea fi un avantaj, sau un dezavantaj, în funcție de proiectarea reactorului”.
Cu studiul lor inițial finalizat, cercetătorii au acum un brevet neprovizoriu în curs de obținere pentru materialele de siguranță injectabile și caută, de asemenea, să efectueze teste la scară și mai mare, dar cu încorporarea de uraniu sărăcit.
„După aceea, am fi pregătiți să comercializăm tehnologia”, a spus Louie, adăugând că materialele de izolare din carbonat „ar putea fi adaptate în orice proiect de reactor nuclear existent”.
Sandia National Laboratories solicită expresii de interes din partea altor grupuri de cercetare și organizații interesate să se asocieze pentru viitoarele lucrări privind această abordare a izolării coriumului.
.