[Christina needed]Scorie nucleari come fonte d'energia.

[demonbl@ck]

Ciao a tutti, nel titolo ho messo "Christina needed" ma se qualcun altro sa rispondere ovviamente va bene lo stesso

Ora passiamo alla domanda vera e propria:

Le scorie prodotte da un reattore LWR sono così calde a causa del decadimento radioattivo che devono essere messe in piscine di raffreddamento per anni, per evitarne la fusione: perchè sprecarle?

Cioè, perchè non usarle come ulteriore fonte di calore? Ipotizzavo di costruire una specie di "sub-reattore" in cui piazzare le scorie ed utilizzarle per far evaporare l'acqua da usare poi in una turbina a vapore.

Una specie di BWR che al posto del nocciolo abbia le scorie a generare calore insomma.

Ci sono dei motivi tecnici che ignoro per cui è impossibile?

[ChristinaAemiliana]

Ussignur, il tag non me lo aveva mai dedicato nessuno...

La potenza residua decade velocemente nel tempo, dopo un giorno scendiamo già allo 0.6% della potenza nominale del reattore. Il combustibile appena scaricato certamente va anche raffreddato, ma viene lasciato in piscina a lungo più che altro per fare decadere elementi come il famigerato I-131. La piscina poi contiene circa 10 noccioli completi (le centrali in origine erano state pensate per avere una vita di 30 anni, quindi la piscina era progettata per "bastare" così a lungo) quindi se non si fa il riprocessamento tanto vale fare con calma...ad ogni modo, in caso di riprocessamento, basta attendere circa sei mesi e si può già tirare fuori il combustibile dalla piscina.

[demonbl@ck]

Ah ok, ero convinto che rimanessero calde per tutto il tempo a causa del decadimento

Colpa anche di quel film del cavolo di Twister 2

[ChristinaAemiliana]

No no...diciamo che la potenza diventa trascurabile nel giro di qualche settimana (uno o due mesi, la legge negli USA se non ricordo male impone per conservatività almeno 5 mesi di piscina).

La formula approssimata è questa:

P_dec/P_nom = 0.06*[t^(-0.2) - T^(-0.2)]

dove:

P_dec è la potenza di decadimento al tempo t

P_nom è la potenza nominale

t è il tempo dallo spegnimento

T = (t + t_f) con t_f tempo di funzionamento del reattore (dall'ultima accensione)

I tempi vanno in secondi, immagina ovviamente di adimensionalizzare il tutto sennò i fisici piangono.

[demonbl@ck]

Dubbi:

1 - La potenza in che unità di misura è?
2 - In che senso tempo di funzionamento del reattore? Il tempo per cui il combustibile è rimasto nel reattore?

[ChristinaAemiliana]

Originariamente inviato da demonbl@ck

Dubbi:

1 - La potenza in che unità di misura è?
2 - In che senso tempo di funzionamento del reattore? Il tempo per cui le scorie sono rimaste nel reattore?

1 - In quella che ti pare, tanto è un rapporto tra due potenze, quindi esce fuori un numero puro. Se porti a secondo membro P_nom, semplicemente P_dec ti risulterà nella stessa unità di misura di P_nom.

2 - Sì

Puoi usare una formula ancora più semplice, tanto parliamo solo di ordini di grandezza:

P_dec/P_nom = 0.06*t^(-0.2)

[demonbl@ck]

Originariamente inviato da ChristinaAemiliana

1 - In quella che ti pare, tanto è un rapporto tra due potenze, quindi esce fuori un numero puro. Se porti a secondo membro P_nom, semplicemente P_dec ti risulterà nella stessa unità di misura di P_nom.

2 - Sì

Puoi usare una formula ancora più semplice, tanto parliamo solo di ordini di grandezza:

P_dec/P_nom = 0.06*t^(-0.2)

1- giusto, che fdm

Ok, allora proviamo ad usare la formula semplificata per un reattore da 1600MW tipo i presunti nostri nuovi EPR, a 1 mese dall'estrazione delle barre:

t=3600*24*30= 2592000
P_dec/1600=0.06*2592000^(-0.2)
P_dec/1600=0.00312913464

P_dec=1600*0.00312913464=5.006 MW

3 mesi:

t=3600*24*90= 7 776 000
P_dec/1600=0.06*7 776 000^(-0.2)
P_dec/1600=0.00251188643

P_dec=1600*0.00251188643=4.019 MW

Dopo 6 mesi:

t=3600*24*180= 15 552 000
P_dec/1600=0.06*15552000^(-0.2)
P_dec/1600=0.00218672415

P_dec=1600*0.00218672415=3.498MW


Vediamo ad un anno:

t=3600*24*365=31 536 000
P_dec/1600=0.06*31536000^(-0.2)
P_dec/1600=0.00189840963

P_dec=1600*0.00189840963 = 3.037MW

E saltiamo adesso a 5 anni:

t=3600*24*365*5=157680000
P_dec/1600=0.06*157680000^(-0.2)
P_dec/1600=0.0013759287

P_dec=1600*0.0013759287 = 2.201MW

Si può notare che la perdita di potenza è molto accentuata nel primo anno, ma molto più bassa per i successivi.

Insomma, sono d'accordo che rispetto alla potenza del reattore in sè è una caccola, però ipotizzando di avere una centrale con 4 reattori EPR da 1600MW caricati a cicli alterni uscirebbe una produzione più o meno costante di 15-20 MW per i primi tempi, poi destinata ad aumentare ad ogni aggiunta di barre esauste...
...che sinceramente io non butterei via.

(ogni quanto va ricaricato un reattore di quel tipo?)

[ChristinaAemiliana]

Originariamente inviato da demonbl@ck

1- giusto, che fdm

Ok, allora proviamo ad usare la formula semplificata per un reattore da 1600MW tipo i presunti nostri nuovi EPR, a 1 mese dall'estrazione delle barre:

(...)

P_dec=1600*0.00312913464=5.006 MW

Incominciamo dalle basi: l'approssimazione.

1. 5.00661543125... si approssima a 5.007 (se la cifra decimale che trascuri va da 5 a 9 compresi, aumenti di 1 l'ultima cifra significativa).

2. (questione più sottile) stiamo facendo un conto spannometrico per mezzo di una formula approssimata partendo da una potenza data in cifra tonda dell'ordine delle migliaia di MW...ha senso darmi come cifra significativa il kW? o sarebbe meglio dire "circa 5 MW"?

Originariamente inviato da demonbl@ck

Insomma, sono d'accordo che rispetto alla potenza del reattore in sè è una caccola, però ipotizzando di avere una centrale con 4 reattori EPR da 1600MW caricati a cicli alterni uscirebbe una produzione più o meno costante di 15-20 MW per i primi tempi, poi destinata ad aumentare ad ogni aggiunta di barre esauste...
...che sinceramente io non butterei via.

Ah, se mi ritrovassi 5 MW direttamente allacciati alla rete e disponibili a casa, nemmeno io li butterei via.

Però quella lì è una potenza termica, oltretutto rilasciata da oggetti fortemente radioattivi. Devi ancora farla diventare almeno energia meccanica e c'è in mezzo un bel rendimento, ammesso di riuscire a produrre una portata decente di vapore (ci va grosso modo una giornata per fare iniziare a evaporare l'acqua stagnante della piscina di decadimento quando si ipotizza che la pompa di ricircolazione si rompa...) e senza considerare il casino delle radiazioni.

Originariamente inviato da demonbl@ck

(ogni quanto va ricaricato un reattore di quel tipo?)

1/3 di nocciolo all'anno (e questa mi sa che è la peggiore delle notizie per il tuo progetto).

[demonbl@ck]

Originariamente inviato da ChristinaAemiliana

Incominciamo dalle basi: l'approssimazione.

1. 5.00661543125... si approssima a 5.007 (se la cifra decimale che trascuri va da 5 a 9 compresi, aumenti di 1 l'ultima cifra significativa).

Colpa del mio prof di statistica. NON vuole le approssimazioni ma vuole i troncamenti, e alla fine mi ci sono abituato

2. (questione più sottile) stiamo facendo un conto spannometrico per mezzo di una formula approssimata partendo da una potenza data in cifra tonda dell'ordine delle migliaia di MW...ha senso darmi come cifra significativa il kW? o sarebbe meglio dire "circa 5 MW"?

Sì, ma visto che gli altri li avevo calcolati prima (ero partito da 3 mesi e il primo mese l'ho aggiunto dopo), volevo dare un'uniformità

Ah, se mi ritrovassi 5 MW direttamente allacciati alla rete e disponibili a casa, nemmeno io li butterei via.

Però quella lì è una potenza termica, oltretutto rilasciata da oggetti fortemente radioattivi. Devi ancora farla diventare almeno energia meccanica e c'è in mezzo un bel rendimento, ammesso di riuscire a produrre una portata decente di vapore (ci va grosso modo una giornata per fare iniziare a evaporare l'acqua stagnante della piscina di decadimento quando si ipotizza che la pompa di ricircolazione si rompa...) e senza considerare il casino delle radiazioni.

Però appunto la piscina è pensata con un forte margine di sicurezza in caso di rottura delle pompe e quindi c'è un bordello d'acqua, io pensavo di costruire una cosa più "ad hoc", tipo un BWR a scorie

Sarebbe da vedere il rendimento di una turbina in quelle condizioni...

1/3 di nocciolo all'anno (e questa mi sa che è la peggiore delle notizie per il tuo progetto).

Faccio un paio di grafici su excel e guardo

[demonbl@ck]

Ecco fatto

qui il grafico nudo e crudo:



E qui tutto il .xls per chi volesse i valori e basta.

Dal grafico si nota che la potenza dopo un po' diventa praticamente costante, oscilla tra i 14 e i 15MW. Il problema è che per arrivare allo stato di stabilità il sistema impiega 5 anni

Il tutto è stato fatto pensando ad una centrale con 3 reattori da 1600MW, quindi un carico di 1/3 di nocciolo ogni 4 mesi.

Il sistema contiene 4 noccioli completi, ma ovviamente se ne potrebbe pensare uno che ne contenga di più. Il problema è che più noccioli uno aggiunge, e più tempo ci vorrà perchè siano disponibili da mettere dentro all'attrezzo, e quindi il tempo per arrivare alla stabilità aumenta ancora di più

[demonbl@ck]

Possibile che la cosa non interessi a nessuno?

[ChristinaAemiliana]

Il problema è che un BWR (prendo per buoni calcoli e scelta del reattore e facciamo finta che sia tutto fattibile ) costa un fracco di soldi...lo costruisci per 20 MW?

[demonbl@ck]

Beh ma questo sarebbe molto più semplificato rispetto a un BWR, alla fine si tratta solo di un contenitore con dentro le scorie, bastano i sistemi di sicurezza attuali delle piscine. Anzi si potrebbe costruire proprio al posto della piscina stessa, basta aggiungere una turbina a vapore ed un condensatore ed è fatta!

Dubito che il costo sia così astronomico...

[ChristinaAemiliana]

Il costo è alto, anche se togli tutti i sistemi di sicurezza ipotizzando di non averne bisogno perché il "reattore" non è critico (cosa che non puoi fare perché comunque, pensando di lambire con un fluido in movimento continuo le barre, le sottoponi a uno stress aggiuntivo sia meccanico sia di corrosione, oltre al fatto che hai un vapore che è volatile eccetera...insomma le condizioni sono diverse dal "fermo in piscina"). Turbina, circuito, condensatore e pompa non son mica componenti a poco prezzo...

Comunque sia, anche se trovassi il mecenate che ti finanzia, avresti un "piccolo" problema di fattibilità, perché dovresti asportare 20 MW da un oggetto grande come 4 noccioli di un BWR...ma facciamo finta per semplicità che le dimensioni siano quelle di un nocciolo di BWR e basta. Tu hai quest'acqua che gira e devi farla diventare vapore dalla temperatura ambiente a cui si trova; con 20 MW quanta acqua riesci a vaporizzare? Facendo due conti veloci, te lo dico io: con 20 MW vaporizzi una portata di ben 8 Kg/s (approssimati per eccesso). Per confronto, diciamo anche che la portata che gira in un BWR è di diecimila e rotti kg/s... Quindi, con 8 Kg/s di portata, cosa ci facciamo?

[demonbl@ck]

Originariamente inviato da ChristinaAemiliana

Quindi, con 8 Kg/s di portata, cosa ci facciamo?

Facciamo girare una girandola?






















Alla fine quindi siamo sempre lì: c'è troppo poco calore.
Vabbè peccato, poteva essere una buona idea