FoodPro Preloader

Next Generation Nuclear Power


Redaktørens merknad: Denne artikkelen opprinnelig oppstod i januar 2003-utgaven av . Stigende elektrisitetspriser og forrige sommers rullende utbrudd i California har fokusert frisk oppmerksomhet på atomkraftens nøkkelrolle i å holde Amerika lysene på. I dag knuser 103 atomkraftverk en femtedel av landets totale elektriske utgang. Og

Redaktørens merknad: Denne artikkelen opprinnelig oppstod i januar 2003-utgaven av .

Stigende elektrisitetspriser og forrige sommers rullende utbrudd i California har fokusert frisk oppmerksomhet på atomkraftens nøkkelrolle i å holde Amerika lysene på. I dag knuser 103 atomkraftverk en femtedel av landets totale elektriske utgang. Og til tross for gjenværende offentlige bekymringer over Three Mile Island og Tjernobyl har industrien lært sine leksjoner og etablert en solid sikkerhetsrekord i løpet av det siste tiåret. I mellomtiden har effektiviteten og påliteligheten til atomkraftverk gått opp til rekordnivå. Nå med den pågående debatten om å redusere klimagasser for å unngå det potensielle utbruddet av global oppvarming, anerkjenner flere mennesker at kjernefysiske reaktorer produserer elektrisitet uten å slippe ut i luften, karbondioksid eller forurensende stoffer som nitrogenoksyder og smovelaktige svovelforbindelser. Verdens etterspørselen etter energi forventes å stige med om lag 50 prosent innen 2030 og til nesten dobles innen 2050. Klart synes tiden riktig å revurdere fremtiden for atomkraft.
Ingen ny atomkraftverk har blitt bestilt i USA siden 1978, og det har heller ikke vært anlegg siden 1995. Resumption av storskala kjernekraftbygging krever at utfordrende spørsmål tas opp med hensyn til oppnåelse av økonomisk levedyktighet, bedre driftssikkerhet, effektiv avfallshåndtering og ressursutnyttelse, samt våpen-ikke-proliferasjon, som alle er påvirket av utformingen av det kjernefysiske reaktorsystemet som er valgt.
Designere av nye kjernefysiske systemer vedtar nye tilnærminger i forsøket på å oppnå suksess. For det første omfatter de en systemvennlig visning av atombrenselsyklusen som omfatter alle trinnene fra malingen av malm gjennom håndtering av avfall og utvikling av infrastrukturen for å støtte disse trinnene. For det andre vurderer de systemer med hensyn til deres bærekraftmiljøer nåværende behov uten å skade fremtidige generasjoners evne til å trives. Det er en strategi som bidrar til å belyse forholdet mellom energiforsyning og miljø og samfunnsbehov. Denne vekten på bærekraft kan føre til utvikling av kjernekraftbaserte produkter i tillegg til elektrisk kraft, for eksempel hydrogenbrensel for transport. Det fremmer også utforskning av alternative reaktorteknologier og gjenvinningsprosesser for atombrensel som kan gi betydelige reduksjoner i avfall, samtidig som mer energi gjenvinnes i uran.
Vi tror at bred distribusjon av kjernekraftteknologi gir betydelige fordeler over andre energikilder, men står overfor betydelige utfordringer med hensyn til den beste måten å tilpasse seg til fremtiden.
Fremtidige kjernefysiske systemer Som svar på vanskelighetene med å oppnå bærekraft, en tilstrekkelig høy grad av sikkerhet og et konkurransedyktig økonomisk grunnlag for atomkraft, startet US Department of Energy i Generation IV-programmet i 1999. Generasjon IV refererer til den brede spaltningen av kjernekonstruksjoner i fire kategorier: Tidlige prototype-reaktorer (Generasjon I), dagens store sentralstasjonens atomkraftverk (Generation II), de avanserte lysvannreaktorer og andre systemer med innebygde sikkerhetsfunksjoner som er utviklet de siste årene (Generasjon III), og neste generasjons systemer skal utformes og bygges to tiår fra nå (Generasjon IV) [se boks på motsatt side]. I 2000 hadde internasjonal interesse for generasjons IV-prosjektet resultert i en nasjonalt koalisjon som omfatter Argentina, Brasil, Canada, Frankrike, Japan, Sør-Afrika, Sør-Korea, Storbritannia og USA. Deltakerstatene kartlegger og samarbeider om forskningen og utvikling av fremtidige atomkraft systemer.
Selv om Generation IV-programmet utforsker et bredt utvalg av nye systemer, tjener noen eksempler til å illustrere de brede tilnærmingene som reaktordesignerne utvikler for å oppfylle sine mål. Disse neste generasjons systemene er basert på tre generelle klasser av reaktorer: gasskjølt, vannkjølt og hurtigspektrum.

Gasskjølte reaktorer Kjernereaktorer som benytter gass (vanligvis helium eller karbondioksid) som kjernekjølemiddel, er bygget og operert med hell, men har oppnådd bare begrenset bruk til dags dato. Et spesielt spennende prospekt som kalles modulet med småbunns moduler, har mange designfunksjoner som gir en god måte å møte generasjons IV-mål. Dette gasskjølte systemet forfølges av ingeniørlag i Kina, Sør-Afrika og USA Sør-Afrika planlegger å bygge en fullstendige prototype og starte drift i 2006.
Pebble-bed-reaktorutformingen er basert på et grunnleggende brenselelement, kalt pebble, som er en grafittboll med biljardbollstørrelse som inneholder ca 15.000 uranoksydpartikler med diameteren av valmuefrø. De jevnt fordelte partiklene har hver flere høytetthet belegg på dem. Et av lagene, bestående av tøft kiselkarbidkarbid, tjener som trykkbeholder for å beholde produktene av atomfission under reaktoroperasjon eller utilsiktede temperaturutflukter. Omkring 330 000 av disse sfæriske drivstensgullene er plassert i en metallbeholder omgitt av et skjerm av grafittblokker. I tillegg lastes så mange som 100 000 ufelte grafittstein i kjernen for å forme sin kraft- og temperaturfordeling ved å utstyre de varme brennstene.
Varmebestandige ildfaste materialer brukes i hele kjernen for å tillate at pebbelsystemet fungerer mye varmere enn de 300 grader Celsius temperaturene som typisk produseres i dagens lysvannskjølte (Generation II) konstruksjoner. Helium-arbeidsfluidet, som utgår fra kjernen ved 900 grader C, tilføres direkte til et gasturbin / generatorsystem som genererer elektrisitet ved et relativt høyt 40 prosent termisk effektivitetsnivå, en fjerdedel bedre enn dagens lysvannreaktorer.
Den forholdsvis små størrelsen og den generelle enkleheten av småbunnsreaktordesign bidrar til deres økonomiske mulighet. Hver kraftmodul som produserer 120 megawatt elektrisk utgang, kan distribueres i en enhet en tiendedel av størrelsen på dagens sentralstasjon planter, noe som gjør det mulig å utvikle mer fleksible, beskjeden prosjekter som kan gi gunstigere økonomiske resultater. For eksempel kan modulære systemer bli produsert på fabrikken og deretter sendt til byggeplassen.
Pebble-bed-systemets relative enkelhet sammenlignet med dagens design er dramatisk: disse enhetene har bare omtrent to dusin store plantesubsystemer, sammenlignet med omtrent 200 i lysvannreaktorer. Betraktelig kan driften av disse plantene utvides til et temperaturområde som gjør det mulig å produsere hydrogen fra vann eller andre råmaterialer til bruk i brenselceller og renbrennende transportmotorer, teknologier som er en bærekraftig hydrogenbasert energiøkonomi kan være basert.
Disse neste generasjons reaktorer innbefatter også flere viktige sikkerhetsfunksjoner. Å være en edel gass, vil heliumkjølemiddelet ikke reagere med andre materialer, selv ved høye temperaturer. Videre, fordi drivstoffelementene og reaktorkjernen er laget av ildfaste materialer, kan de ikke smelte og vil nedbrytes bare ved ekstremt høye temperaturer som oppstår i ulykker (mer enn 1600 grader C), en egenskap som gir en betydelig driftssikkerhetsmargin.
Enda andre sikkerhetsfordeler skyldes den kontinuerlige, on-line mote hvor kjernen fylles på. Under drift blir en pebble fjernet fra bunnen av kjernen omtrent en gang i minuttet, ettersom en erstatning plasseres på toppen. På denne måten beveger alle småsteinene seg gjennom kjernen som gumballs i en dispenseringsmaskin, og tar omtrent seks måneder å gjøre det. Denne funksjonen betyr at systemet inneholder den optimale mengden drivstoff for drift, med liten ekstra fissil reaktivitet. Det eliminerer en hel klasse av overskytende reaktivitetsulykker som kan oppstå i dagens vannkjølte reaktorer. Også den stabile bevegelsen av småstein gjennom regioner med høy og lav kraftproduksjon betyr at hver opplever mindre ekstreme driftsforhold i gjennomsnitt enn å gjøre fastbrenselkonfigurasjoner, og igjen legge til enhetens sikkerhetsmargin. Etter bruk må de brukte småsteinene plasseres i langtidslagre, på samme måte som brukte brenselstenger håndteres i dag.
Vannkjølte reaktorer Selv standard vannavkjølt atomreaktorteknologi har et nytt utseende for fremtiden. Formålet med å overvinne muligheten for ulykker som skyldes tap av kjølevæske (som skjedde på Three Mile Island) og for å forenkle det samlede anlegget, har oppstått en ny klasse av Generation IV-systemer der alle de primære komponentene er inneholdt i et enkelt fartøy. Et amerikansk design i denne klassen er det internasjonale reaktorinnskapet innovativt og sikkert (IRIS) konsept utviklet av Westinghouse Electric.
Innkapsling av hele kjølevæskesystemet inne i en skadebestandig trykkbeholder betyr at primærsystemet ikke kan lide et stort tap av kjølevæske, selv om en av de store rørene går i stykker. Fordi trykkbeholderen ikke vil tillate fluider å rømme, er en hvilken som helst resulterende ulykke begrenset til et mye mer moderat trykkfall enn det som kunne oppstå i tidligere konstruksjoner.
For å oppnå denne kompakte konfigurasjonen innlemmes flere viktige forenklinger i disse reaktorene. Delsystemene i fartøyet er stablet for å muliggjøre passiv varmeoverføring ved naturlig sirkulasjon under ulykker. I tillegg er styrestangene plassert i fartøyet, og eliminerer sjansen for at de kan utløses fra kjernen. Disse enhetene kan også bygges som små kraftmoduler, slik at det blir mer fleksibelt og rimeligere.
Designere av disse reaktorene undersøker også potensialet av driftsanlegg ved høy temperatur og trykk (mer enn 374 grader C og 221 atmosfærer), en tilstand som kalles det kritiske punktet for vann, hvor skille mellom væske og damp blurs. Utover det kritiske punktet virker vann som en kontinuerlig væske med eksepsjonell spesifikk varme (termisk lagringskapasitet) og overlegen varmeoverføring (termisk konduktivitet) egenskaper. Det kokes heller ikke når det oppvarmer eller blinker til damp hvis det gjennomgår rask trykkutvikling. Den primære fordelen med å operere over det kritiske punktet er at systemets termiske virkningsgrad kan nå så høyt som 45 prosent og nærmer seg den forhøyede temperaturregimet hvor hydrogenbrenselproduksjonen kan bli levedyktig.
Selv om reaktorer basert på superkritisk vann virker svært lik standard Generation II-design ved første øyekast, er forskjellene mange. For eksempel er kjernene til den førstnevnte betydelig mindre, noe som bidrar til å spare på trykkbeholderen og det omkringliggende anlegget. Deretter blir det tilknyttede dampsyklusutstyret i hovedsak forenklet fordi det opererer med enfaset arbeidsfluid. I tillegg reduserer den mindre kjernen og den lave kjølevæskedensiteten volumet av vann som må holdes inne i inneslutningsbeholderen i tilfelle en ulykke. Fordi lavtetthetskjølemidlet ikke modererer nøytronens energi, kan det tas hensyn til hurtigspektrumreaktordesign med tilhørende bærekraftfordeler. Den største ulempen til superkritiske vannsystemer er at kjølevæsken blir stadig økende. Dette betyr at nye materialer og metoder for å kontrollere korrosjon og erosjon må utvikles. Superkritisk vannreaktorforskning pågår i Canada, Frankrike, Japan, Sør-Korea og USA
Fastspektrumreaktorer En designtilnærming til lengre sikt er den hurtigspektrale reaktoren (eller høy-energi-nøytron), en annen type generasjons IV-system. Et eksempel på denne klassen av reaktor forfølges av designteam i Frankrike, Japan, Russland, Sør-Korea og andre steder. Det amerikanske hurtigreaktorutviklingsprogrammet ble kansellert i 1995, men USAs interesse kan gjenopplives under Generation IV-initiativet.
De fleste atomreaktorer benytter et termisk eller relativt lavt energiforbruk, nøytron-utslippspektrum. I en termisk reaktor reduseres de hurtige (høye energi) nøytronene som genereres i fissionsreaksjonen til "termiske" energinivåer da de kolliderer med hydrogenet i vann eller andre lysnuklider. Selv om disse reaktorene er økonomiske for å generere elektrisitet, er de ikke veldig effektive for å produsere atombrensel (i avlesereaktorer) eller resirkulere det.
De fleste hurtigspektrumreaktorer bygget til dags dato har brukt flytende natrium som kjølevæske. Fremtidige versjoner av denne reaktorklassen kan benytte natrium, bly, en bly-vismut legering eller inerte gasser som helium eller karbondioksid. De høyere energi-nøytronene i en rask reaktor kan brukes til å lage nytt drivstoff eller å ødelegge langtidsaffald fra termiske reaktorer og plutonium fra demonterte våpen. Ved å gjenvinne drivstoffet fra hurtigreaktorer, kan de levere mye mer energi fra uran, samtidig som det reduseres mengden avfall som skal bortskaffes på lang sikt. Disse oppdretterreaktorene er en av nøklene til å øke bærekraftigheten til fremtidige atomkraftverk, spesielt hvis bruken av kjernekraft skal vokse betydelig.
Utover å støtte bruken av et hurtigtnutronspektrum har metallkjølemidler flere attraktive egenskaper. For det første har de eksepsjonelle varmeoverføringsegenskaper, noe som gjør at metallkjølte reaktorer kan tåle ulykker som de som skjedde på Three Mile Island og Tjernobyl. For det andre er noen (men ikke alle) flytende metaller betydelig mindre korroderende for komponenter enn vann, og derved utvides levetiden til reaktorkarene og andre kritiske delsystemer. For det tredje kan disse høytemperatursystemene operere i nærheten av atmosfærisk trykk, sterkt forenkle systemdesign og redusere potensielle industrielle farer i anlegget.
Mer enn et dusin natriumkjølte reaktorer har blitt operert rundt om i verden. Denne erfaringen har lagt merke til to hovedproblemer som må overvinnes. Natrium reagerer med vann for å generere høy varme, en mulig ulykkes kilde. Denne egenskapen har ført til at natriumkjølte reaktordesignere innbefatter et sekundært natriumsystem for å isolere det primære kjølemiddelet i reaktorkjernen fra vannet i det elproducerende dampsystem. Noen nye design fokuserer på nye varmevekslerteknologier som beskytter mot lekkasjer.
Den andre utfordringen handler om økonomi. Fordi natriumkjølte reaktorer krever to varmeoverføringstrinn mellom kjernen og turbinen, øker kapitalkostnadene og termisk effektivitet er lavere enn de mest avanserte gass- og vannkjølte konseptene (ca. 38 prosent i en avansert natriumkjølt reaktor sammenlignet med 45 prosent i en superkritisk vannreaktor). Videre er flytende metaller ugjennomsiktige, noe som gjør inspeksjon og vedlikehold av komponenter vanskeligere.
Neste generasjons hurtigspektrumreaktorutforming forsøker å utnytte fordelene ved tidligere konfigurasjoner mens de adresserer sine mangler. Teknologien har avansert til det punktet som det er mulig å forestille seg hurtige spektrumreaktorer som ingeniører tror vil utgjøre liten sjanse for en smelting. Videre kan ikke-reaktive kjølemidler som inerte gasser, bly- eller bly-vismut legeringer eliminere behovet for et sekundært kjølevæskesystem og forbedre tilnærmingens økonomiske levedyktighet.
Kjerneenergi har kommet til et avgjørende stadium i utviklingen. Den økonomiske suksessen til den nåværende generasjonen av planter i USA har vært basert på forbedrede ledelsesteknikker og nøye praksis, noe som fører til økende interesse for kjøp av nye anlegg. Nye reaktorteknikker kan på lang sikt dramatisk forbedre sikkerheten, bærekraftigheten og økonomien til atomkraftverk, og åpne veien for deres utbredt distribusjon.
Nuclear Power Primer
De fleste av verdens kjernekraftverk er trykkvannreaktorer. I disse systemene benyttes vann plassert under høyt trykk (155 atmosfærer) for å undertrykke koking, både som kjølevæske og arbeidsfluid. Opprinnelig utviklet i USA basert på erfaringer fra det amerikanske marinereaktorprogrammet, startet den første kommersielle trykklysvannreaktoren i 1957.
Reaktorkjernen i en trykkvannreaktor består av arrayer av zirkoniumlegeringskledde brennstoffstenger bestående av små sylindre (pellets) av mildt beriket uranoksid med diameteren til en dime. En typisk 17-til-17-kvadrat rekke brenselstenger utgjør en brenselsammenstilling, og ca. 200 brenselsamlinger er anordnet for å danne en reaktorkjerne. Kjerner, som typisk er 3, 5 meter i diameter og 3, 5 meter høye, finnes i ståltrykksbeholdere som er 15 til 20 centimeter tykke.
Kjernefysjonsreaksjonene gir varme som fjernes ved sirkulerende vann. Kjølevæsken pumpes inn i kjernen ved ca. 290 grader Celsius og utgår fra kjernen ved ca. 325 grader C. For å kontrollere effektnivået, settes styrestangene inn i brenselsammensetningene. Kontrollstenger er laget av materialer som modererer fissionsreaksjonen ved å absorbere de langsomme (termiske) nøytronene som slippes ut under fisjonen. De blir hevet ut av eller senket inn i kjernen for å kontrollere frekvensen av atomreaksjonen. For å bytte drivstoff eller i tilfelle en ulykke senker stengene helt inn i kjernen for å slå av reaksjonen.
I den primære reaktor kjølevæsken går varmtvannet ut av reaktorkjernen og strømmer gjennom en varmeveksler (kalt en dampgenerator), hvor den gir opp varmen til en sekundær dampsløyfe som opererer ved lavere trykknivå. Dampen som produseres i varmeveksleren, blir deretter utvidet gjennom en dampturbin, som i sin tur spinner en generator for å produsere elektrisitet (typisk 900-1100 megawatt). Dampen kondenseres deretter og pumpes tilbake i varmeveksleren for å fullføre sløyfen. Bortsett fra varmekilden er atomkraftverk generelt lik kull- eller brenselfyrte elektriske generasjonsanlegg.
Det finnes flere varianter av den lysvannskjølte reaktoren, særlig kokende vannreaktorer, som opererer ved lavere trykk (vanligvis 70 atmosfærer) og genererer damp direkte i reaktorkjernen, og eliminerer dermed behovet for den mellomliggende varmeveksleren. I et mindre antall kjernekraftverk er reaktorkjølevæskefluidet tungt vann (inneholdende hydrogenisotopdeuteriet), karbondioksidgass eller et flytende metall, slik som natrium.
Reaktor-trykkbeholderen er vanligvis plassert inne i en konkret citadel som virker som strålingsskjerm. Citadellet er i sin tur innelukket i en stålforsterket betong inneslutning bygning. Inneslutningsbygningen er konstruert for å forhindre lekkasje av radioaktive gasser eller væsker i en ulykke.
Saken for atomkraft
I dag genererer 438 kjernekraftverk om lag 16 prosent av verdens strøm. I USA gir 103 atomkraftverk ca 20 prosent av landets elektriske produksjon. Selv om ingen nye kjernefysiske anlegg har blitt bestilt i USA i mer enn to tiår, har den elektriske produksjonen fra amerikanske generatorer vokst med nesten 8 prosent i året etter hvert som industrien har modnet og blitt mer effektiv. Bare de siste 10 årene har amerikanske atomkraftverk lagt til mer enn 23.000 megawatt, tilsvarende 23 store kraftverk, til total strømforsyning til tross for mangel på nybygg. I mellomtiden har produksjonsøkningen senket enhetskostnaden for atomkraftproduksjon. Denne forbedringen har ført til økende interesse blant næringslivet for å utvide anleggets operasjonelle lisenser og kanskje kjøpe nye kjernefysiske anlegg.
Det kan være overraskende for noen at bruken av kjernekraft har direkte fordeler for miljøet, spesielt luftkvalitet. Selv om debatten fortsetter om potensialet for forstyrrelsen av jordens klima ved utslipp av karbondioksid og andre drivhusgasser, er det ingen tvil om de alvorlige helsekonsekvensene av luftforurensning fra forbrenning av fossile brensler. I motsetning til fossile brenselkraftverk produserer atomkraftverk ikke karbondioksid, svovel eller nitrogenoksyder. Kjernekraftproduksjon i USA unngår årlig utslipp av mer enn 175 millioner tonn karbon som ville ha blitt utgitt i miljøet dersom samme mengde elektrisitet i stedet hadde blitt generert ved å brenne kull.
Det er lite oppmerksomhet på atomkraftens kapasitet til å produsere hydrogen til bruk i transportbrenselceller og andre renere kraftverk. En veldig enkel tilnærming er å bruke energien fra en høytemperatur kjernereaktor for å drive en dampreformerende reaksjon av metan. Denne prosessen oppretter imidlertid karbondioksid som et biprodukt, men. Flere direkte termokjemiske reaksjoner kan føre til hydrogen ved bruk av vann og høy temperatur. Forskning om termokjemisk dekomponering av svovelsyre og andre hydrogen-dannende reaksjoner er på vei i Japan og USA. Økonomien til atomkraftbasert hydrogen forblir å bli bevist, men det er stort potensial for denne ruten, kanskje i en ny el-hydrogen kraftvarmemodus.
Bedre økonomi Enhver kjernekonstruksjon i USA må takle utfordrende økonomiske problemer med hensyn til kapitalkostnader og finansiering. Problemet er at den nåværende generasjonen av atomkraftverk, representert ved tre Nuclear Regulatory Commission-sertifiserte avanserte lysvannreaktordesigner, koster rundt $ 1500 per kilowatt elektrisk (kWe) genereringskapasitet, som kanskje ikke er tilstrekkelig konkurransedyktig for å starte på nytt kjernekonstruksjon . Et omfattende diskutert kostnadsmål for nye atomkraftverkprosjekt (Generation III og IV) er $ 1000 per kWe. Oppnåelse av dette målet vil gjøre dem konkurransedyktige (på enhetsomkostningsbasis) med det mest økonomiske alternativet, kombinert syklus naturgassanlegg. Eventuelle neste generasjonsanlegg må dessuten være ferdig innen tre år for å holde finansieringskostnadene til et overkommelig nivå. Nytt strømlinjeformet, men ennå ikke trykt, bør lisensieringsprosedyrer få fart på prosessen.
Gitt den tidligere erfaringen med atomkraftprosjekter i USA, vil det være vanskelig for designere og byggere å oppfylle disse målene. For å oppnå kostnadsmålet, søker nukleare ingeniører å oppnå høyere termisk effektivitet ved å øke driftstemperaturen og forenkle delsystemer og komponenter. Hastende anleggsbygging vil kreve standardisering av anleggsdesign, fabrikkfabrikasjon og sertifiseringsprosedyrer; delingen av planter i mindre moduler som unngår behovet for byggeplassering på stedet; og bruk av datastyrte forsamlingsstyringsteknikker. På denne måten kan byggearbeidet verifiseres i den virtuelle virkeligheten før den går videre i feltet.

Forbedre sikkerheten Som den økonomiske utviklingen i atomkraftindustrien har forbedret seg de siste 20 årene, har også dens sikkerhetsytelse. Three Mile Island-ulykken i 1979 fokuserte oppmerksomheten til planteeiere og operatører på behovet for å øke sikkerhetsmarginene og ytelsen. Antallet såkalte sikkerhetsmessige hendelser rapportert til Nuclear Regulatory Commission, for eksempel, gjennomsnittlig om lag to per plante per år i 1990, men hadde falt til mindre enn en tiendedel av det i 2000. I mellomtiden har offentlig tillit til Sikkerheten til kjernekraft har i stor grad blitt gjenopprettet siden Tjernobylulykken i 1986, ifølge nylige meningsmålinger.
Langsiktige sikkerhetsmål for neste generasjons kjernefysiske anlegg ble formulert i løpet av det siste året av internasjonale og innenlandske eksperter på forespørsel fra US Department of Energy. De etablerte tre hovedmål: Å forbedre sikkerhet og pålitelighet av planter, for å redusere muligheten for betydelig skade under ulykker, og for å minimere de potensielle konsekvensene av ulykker som oppstår. Gjennomføring av disse målene vil kreve nye anleggsmodeller som inneholder innebygde sikkerhetsfunksjoner for å forebygge ulykker og for å hindre ulykker i å forverres til mer alvorlige situasjoner som kan frigjøre radioaktivitet i miljøet.
Avfall og gjenbruk av kjernefjerning Utestående problemer vedrørende håndtering og avhending av kjernefysisk avfall og sikring av atomfragmentering må også behandles. Den Yucca Mountain langsiktige underjordiske depotet i Nevada vurderes for å avgjøre om det med hell kan godta brukt kommersielt drivstoff. Det er imidlertid et tiår etter planen, og selv når det er fullført, vil det ikke være plass til mengder avfall som forventes for fremtiden.
Den nåværende "once-through" eller åpen kjernekraftbrensel bruker ferskt utvannet uran, brenner det en gang i en reaktor og avgir det som avfall. Denne tilnærmingen resulterer i at kun 1 prosent av energiinnholdet i uranet blir omgjort til elektrisitet. Det produserer også store mengder brukt kjernebrensel som må kastes på en trygg måte. Begge disse ulempene kan unngås ved å resirkulere brukt brensel, det vil si å gjenvinne de nyttige materialene fra den.
De fleste andre land med store kjernekraftprogrammer - inkludert Frankrike, Japan og Storbritannia - benytter det som kalles en lukket kjernekraftsyklus. I disse landene blir brukt brensel resirkulert for å gjenvinne uran og plutonium (produsert under bestråling i reaktorer) og omarbeide det til nytt drivstoff. Denne innsatsen dobler mengden energi som gjenvinnes fra drivstoffet, og fjerner de fleste av de langlivede radioaktive elementene fra avfallet som må lagres permanent. Det skal imidlertid bemerkes, at resirkulert drivstoff er i dag dyrere enn nyutvunnet drivstoff. Nåværende resirkuleringsteknologi fører også til separasjon av plutonium, som potensielt kan omdirigeres til våpen.
I utgangspunktet utføres all gjenvinning av kjernedrevne stoffer ved hjelp av en prosess kjent som PUREX (plutonium uranekstraksjon), som først ble utviklet for å ekstrahere ren plutonium for atomvåpen. Ved PUREX-gjenvinning transporteres brukte brenselsamlinger til et resirkuleringsanlegg i kraftig skjermede, skadebestandige transportkasser. Brenselsamlingene er hakket opp og oppløst av sterke syrer. Drivstoffoppløsningen gjennomgår deretter en løsningsmiddel-ekstraksjonsprosedyre for å skille fisjonsprodukter og andre elementer fra uran og plutonium, som renses. Uran og plutonium brukes til å fremstille blandet oksydbrennstoff til bruk i lysvannreaktorer.
Gjenvinning bidrar til å minimere produksjonen av kjernefysisk avfall. For å redusere etterspørselen etter lagringsplass, ville en bærekraftig kjernekraftsyklus skille de kortvarige, høyvarmeproducerende fisjonsproduktene, spesielt cesium 137 og strontium 90. Disse elementene vil bli holdt separat i konvektivt avkjølte anlegg i 300 til 500 år, til de hadde forfallet til trygge nivåer. En optimalisert lukket (hurtigreaktor) drivstoff syklus vil resirkulere ikke bare uran og plutonium, men alle aktinider i brenselet, inkludert neptunium, americium og curium. I en engangsbrenselsyklus skyldes mer enn 98 prosent av den forventede langsiktige radiotoksisiteten det resulterende neptunium 237 og plutonium 242 (med henholdsvis halveringstider på henholdsvis 2, 14 millioner og 387, 000 år). Kontroll av de langsiktige effektene av et depot blir enklere dersom disse langlivede aktinidene også skilles fra avfallet og resirkuleres. Fjernelsen av cesium, strontium og aktinidene fra avfallet som sendes til et geologisk depot, kan øke kapasiteten med en faktor på 50.
På grunn av fortsatt interesse for å fremme bærekraft og økonomi i kjernekretser, utvikler flere land mer effektive resirkuleringsteknologier. I dag er en elektrometallurgisk prosess som utelukker separasjonen av ren plutonium, under utvikling i USA ved Argonne National Laboratory. Avanserte vandige resirkuleringsprosedyrer som tilbyr lignende fordeler blir studert i Frankrike, Japan og andre steder.
Sikre ikke-spredning Et kritisk aspekt av nye kjernekraft-systemer er å sikre at de ikke tillater at våpenbruksmaterialer blir avledet fra opparbeideringssyklusen. Når nasjoner kjøper atomvåpen, utvikler de vanligvis dedikerte anlegg for å produsere fissile materialer i stedet for å samle kjernefysiske materialer fra sivile kraftverk. Kommersielle kjernekraftsykluser er generelt den mest kostbare og vanskelige ruten for produksjon av våpenbaserte materialer. Nye drivstoffsykluser må fortsatt utformes for å beskytte mot spredning. -JAL, RGB og JFK
Hvor sikker er kjernefysiske planter fra terrorister?
De tragiske hendelsene 11. september 2001 oppløser urolige spørsmål om sårbarheten til atomkraftverk til terrorangrep. Selv om strenge sivile og militære sikkerhetstiltak er blitt gjennomført for å stoppe bestemte overgrep, venter den bevisste krasjen av en stor kommersiell flyselskap i fantasien. Så, burde amerikanerne være bekymret? Svaret er nei og ja.
Et atomkraftverk er ikke et lett mål for en flyselskap som flyr med høy hastighet, fordi en off-center hit på en kuppelformet, sylindrisk inneslutningsbygging ikke vil påvirke byggestrukturen vesentlig. Ligger ved eller under klasse, er reaktorkjernen i seg selv typisk mindre enn 10 fot i diameter og 12 fot høy. Den er omsluttet i et tungt stålfartøy omgitt av en konkret citadel. Reactor inneslutningsdesign varierer i detalj, men i alle tilfeller er de ment å overleve de verste naturens krefter (inkludert jordskjelv, tornadoer og orkaner). Til tross for ikke å være utformet for å motstå krigshandlinger, kan inneslutningsinnretninger tåle krasjer av små fly.
Selv om reaktorkjernen er beskyttet, kan noen av rør- og reaktorkjøleutstyret, hjelpeprodusenten og den tilstøtende bryteren være utsatt for direkte treff. Kjernekraftverkene er imidlertid utstyrt med flere nødkjølesystemer, samt nødstrømforsyninger, bør strømmen slås av. I det usannsynlige tilfelle at alle disse sikkerhetstiltakene ble ødelagt, kunne reaktorkjernen overopphetes og smelte. Men selv i dette ekstreme tilfellet, som ligner på det som skjedde på Three Mile Island, ville de radioaktive kjernematerialene fremdeles være inneholdt i trykkbeholderen.
Hvis kjernefysiske anlegg har en akilleshæl, er det midlertidige lagringsanlegg på stedet for brukt kjernebrensel. Selv om disse depotene vanligvis inneholder flere brukte brenselsamlinger og dermed mer total radioaktivitet enn en reaktor, har de fleste farligere radioaktive isotoper i det gamle brennstoffet allerede falt bort. Dette gjelder spesielt for gassformige fisjonsprodukter som kan komme inn i luften, hvis halveringstid kan måles i måneder. Brukt brenselsamlinger som er blitt fjernet relativt nylig fra reaktorer, holdes i dype vannkilder for å avkjøle dem og beskytte strålingen de avgir. Disse utendørsbassengene er omgitt av tykke vegger, stålbelagte betongbeholdere. Etter noen år blir materialene overført til betong, luftkjølte tørre brenselager.
Selv om kjølebassenger gir et relativt lite og dermed vanskelig mål for terrorister, kan et angrep angripe drenere et basseng vann, noe som gjør at brennstoffet overopphetes og smelter. Experts say that a standard fire hose would be enough refill the pool. Even if the fuel were to melt, little radioactive particulate would be produced that might become airborne, specialists say. An airliner crash into dry fuel-storage casks would probably just knock them aside. If any casks cracked, broken bits of oxidized fuel cladding could carry some radioactivity skyward, according to nuclear safety experts.
Some experts believe that the Nuclear Regulatory Commission will soon order the reinforcement of auxiliary nuclear plant equipment and waste storage facilities.
Should such a terrorist onslaught occur, plans are in place to evacuate nearby residents, although it must be said that critics claim these schemes to be impractical. It is thought, however, that there would be about eight to 10 hours available to get out safely, long before evacuees received a significant radioactive dose. The most severe potential adverse effect could be long-term contamination of the local area by airborne particulates, which would be expensive to clean up. —The Editors

Forskere til EPA: Risikoen for kjemikalier som endrer mannlige hormoner, bør analyseres sammenKan et tall løse klimaendringene?Hvorfor du bør gi opp (noen) kontroll av termostaten dinGjelder den foreslåtte loven om beskyttelse mot husholdningsbrensel en forbruk på forbrukerne?Kutter Loom for amerikansk vitenskapKina Sacks Plastic BagsGjennomsiktighet lovet for vitenskapens mest misbrukte og mest villige metriskeEn matematisk guide til verdens mest levende byer