Reattore nucleare modulare pebble bed: perche no?

[dantes76]

Leggevo fra i vari tipi di Centrali nucleari questo tipo, che da quanto leggo, sia infinitisamente sicuro, nonche economico, e ampliabile, ecco un articolo tratto da Wikipedia

http://it.wikipedia.org/wiki/PBMR

What is a Pebble Bed Reactor?

* 360,000 pebbles in core
* about 3,000 pebbles handled in FHS every day
* about 350 pebbles discarded daily
* one pebble discharged every 30 seconds
* average pebble cycles through core 15 times
* fuel-handling most intensive part of plant

Storia

Il concetto di base venne ideato dal prof. Rudolf Schulten nel 1950, allo scopo di costruire un reattore molto semplice e sicuro, con un combustibile standardizzato. Il punto cruciale fu l'idea di combinare combustibile, struttura, contenimento, e moderatore in una piccola e resistente sfera.

Ciò venne reso possibile dalla disponibilità di forme di carburo di silicio e grafite pirolitica che erano molto resistenti, anche a temperature di 2000°C. La geometria naturale delle sferule strettamente impaccate provvede alla formazione degli spazi di raffreddamento ed alla giusta densità di combustibile per il nucleo del reattore. Per rendere la sicurezza ancora più semplice, il nucleo ha una densità di potenza bassa, circa il 3,3% di quella di un reattore nucleare ad acqua leggera.

Questa tecnologia venne sviluppata in Germania ma per ragioni politiche e tecniche si decise di abbandonarla. È attualmente allo studio in varie forme da parte del MIT, e dalle società PBMR (Sud Africa), General Atomics ed Adams Atomic Engines INL (USA), Romawa B.V. (Olanda), e Chinergy (Cina, in collaborazione con la università di Tsinghua).

Nel novembre 2005, venne annunciato che un nuovo PBR sarebbe stato costruito nella località di Koeberg, in Sud Africa.

Il reattore nucleare modulare pebble bed noto anche come PBMR (acronimo inglese di Pebble Bed Modular Reactor), oppure come come PBR (Pebble Bed Reactor) o come HTGR (High Temperature Gas Reactor) é una serie di progetti avanzati di reattore nucleare a fissione con caratteristiche innovative.
I fautori di questa tecnologia dichiarano un aumento notevole del livello di sicurezza e di efficienza energetica.

Invece di acqua, il reattore utilizza ciottoli (pebbles) di grafite pirolitica come moderatore di neutroni, ed un gas inerte o semi-inerte come elio, azoto o anidride carbonica come refrigerante, a temperature molto alte, per muovere una turbina direttamente. Questo elimina il complesso sistema di gestione del vapore ed aumenta l'efficienza di trasferimento (rapporto tra potenza elettrica e termica) a circa il 50%.


Inoltre, questi gas non disciolgono contaminanti o assorbono neutroni come invece fa l'acqua, dunque il nucleo contiene meno fluidi radioattivi da contenere e risulta più economico rispetto ad un reattore BWR oppure PWR, ad acqua leggera o pesante

Disegno di base

Come ogni reattore nucleare a fissione, il PBMR produce calore, impiegato per muovere una turbina che é collegata ad un generatore elettrico. Il combustibile nucleare, che può essere uranio, torio oppure plutonio, comunque fortemente arricchito, è costituito da sfere di grafite in cui sono disperse sferette di ossido di uranio con rivestimento multistrato in carbonio inerte, carburo di silicio e grafite pirolitica (che è un modesto moderatore dei neutroni) dispersi in grafite contenuta dentro ciottoli sferici in grafite pirolitica.

Questi ciottoli si trovano in un recipiente a pressione in acciaio di forma cilindrica con calotte emisferiche; il contenitore (caldaia) è internamente rivestito in grafite, che ha un effetto riflettente sui neutroni emessi dalla reazione.

Un gas inerte (elio) viene fatto circolare attraverso la caldaia e sottrae calore alle sfere; uscendo dalla caldaia a circa 900 °C; scambia quindi calore con un circuito d'acqua separato, un po' come nel reattore reattore Magnox, che vaporizza inviando quindi il vapore in una turbina convenzionale. In alternativa, il gas caldo viene inviato alla turbina, che sfrutta il salto entalpico, muovendo sia gli alternatori che un compressore.

Comparazione con i reattori convenzionali

Il principale vantaggio dichiarato del reattore "pebble bed" é di essere intrinsecamente sicuro. Infatti, all'aumento della temperatura si modifica l'orientamento della grafite pirolitica, che quindi varia le proprie capacità moderatrici: i neutroni emessi dal combustibile diventano più veloci, e non sostengono la fissione perché aumenta la cattura da parte del U238, limitando la potenza generata.

Dato che la caldaia è progettata in modo da disperdere più calore di quanto non se ne produca nelle condizioni critiche descritte, si riesce ad ottenere una condizione di stallo nella quale il reattore, pur non interrompendo del tutto la generazione di calore, si pone spontaneamente in condizioni di limitazione dell'emissione di neutroni.

Un secondo importante vantaggio sta nella continuità del funzionamento. Infatti le sfere di grafite, del diametro di circa 60 mm (una pallina da tennis), circolano all'interno del reattore in modo continuo (ve ne sono costantemente qualche centinaio di migliaia), e una certa quantità ne esce, mossa dal flusso di elio, viene separata dal gas e rimessa nel reattore, meno qualche sfera spurgata se trovata esaurita al controllo, ed ovviamente reintegrata. Non è quindi necessario fermare il reattore per il refueling (ricarica).

Un vantaggio economico del PBMR sui reattori moderati/raffreddati ad acqua, leggera o pesante, è che opera a temperature maggiori. Il PBMR può riscaldare direttamente fluidi per turbine a bassa pressione.

Il PBR è detto "modulare" perchè usa molti piccoli reattori in una grande centrale nucleare. Ciò è conveniente perchè l'investimento di nuovi capitali può essere graduale e commisurato alla richiesta di energia nucleare: i siti che richiedono una maggiore capacità generatrice possono semplicemente installare più reattori. Il PBMR porta ad una maggiore affidabilità, dato che molti reattori condividono parte dell'attrezzatura e alcune parti possono essere sostituite in caso di problemi. A seconda del progetto, possono svilupparsi economie di scala.

La modularità, inoltre, consente la produzione di massa di piccoli reattori. Questo riduce il costo del ciclo di vita del sistema, in particolare nei settori della certificazione di sicurezza e della verifica del progetto (design qualification).

Nei sistemi modulari l'attrezzatura di raffreddamento delle turbine deve essere adattata al sito. Il sistema di raffreddamento compatibile con il maggior numero di siti è la torre di raffreddamento. Nelle zone vicine a corsi d'acqua, tuttavia, il raffreddamento ad acqua è molto meno costoso, poichè l'ottima capacità termica dell'acqua permette l'uso di attrezzatura più ridotta.

alcuni link

http://web.mit.edu/pebble-bed/ <--- Mit

http://gt-mhr.ga.com/

http://www.atomicengines.com/

http://www.pbmr.co.za/

[fsdfdsddijsdfsdfo]

svantaggi?

[dantes76]

Originariamente inviato da dijo

svantaggi?

non li trovo ecco perche ho aperto questo 3d , l'unica cosa che so, e che le grandi aziende come areva non lo supportano

l'unico incidente, e nemmeno incidente fu, e che a meta anni 80 in reattore tedesco, una delle palline durande un ricambio si incrino, e si dovette fermare il reattore per sostituirla, cosa che di norma non succede: si puo' cambiare il propellente anche a reattore funzionate

[Athlon]

Originariamente inviato da dijo

svantaggi?

1) ingombro delle scorie di funzionamento, nei reattori normali la scoria e' fatta solo dal materiale fissile , nel Pebble Bed invece devi cestinare tutta la pallina esaurita che e' molto piu' ingombrante perche' contiene oltre al fiussile anche il moderatore ed un minimo di contenimento. (viceversa una centrale Pebble Bed e' molto piu' facile da smontare e decontaminare una volta chiusa)


2) tecnologia ancora imperfetta delle Pebble .. ogni tanto qualcuna si scheggia o si incrina , nulla di grave pero' e' una seccatura.

3) GRAVE ... forte pericolo di incendio se entra ossigeno .. in quel caso c'e' il forte rischio di fumi radioattivi dovuti alla combustione della grafite mischiata con fissile. In caso che le palline prendano fuoco si puo' arrivare nella situazione di completa combustione dellqa grafite e di accumulo di fissile in fondo all' impianto con il rischio che si crei una situazione supercritica (possibile solo in impianti molto grandi con molte palline e se tutte le palline bruciano completamente)



A mio parere e' un sistema che e' ottimo in teoria .. peccato che la grafite sia cosi' sensibile all' ossigeno ed agli urti e rovini tutto....
se si risucisse a trovare un altro moderatore sarebbe perfetto ma finche' c'e' la grafite

[dantes76]

Originariamente inviato da Athlon

1) ingombro delle scorie di funzionamento, nei reattori normali la scoria e' fatta solo dal materiale fissile , nel Pebble Bed invece devi cestinare tutta la pallina esaurita che e' molto piu' ingombrante perche' contiene oltre al fiussile anche il moderatore ed un minimo di contenimento. (viceversa una centrale Pebble Bed e' molto piu' facile da smontare e decontaminare una volta chiusa)


2) tecnologia ancora imperfetta delle Pebble .. ogni tanto qualcuna si scheggia o si incrina , nulla di grave pero' e' una seccatura.

3) GRAVE ... forte pericolo di incendio se entra ossigeno .. in quel caso c'e' il forte rischio di fumi radioattivi dovuti alla combustione della grafite mischiata con fissile. In caso che le palline prendano fuoco si puo' arrivare nella situazione di completa combustione dellqa grafite e di accumulo di fissile in fondo all' impianto con il rischio che si crei una situazione supercritica (possibile solo in impianti molto grandi con molte palline e se tutte le palline bruciano completamente)



A mio parere e' un sistema che e' ottimo in teoria .. peccato che la grafite sia cosi' sensibile all' ossigeno ed agli urti e rovini tutto....
se si risucisse a trovare un altro moderatore sarebbe perfetto ma finche' c'e' la grafite

pito, pero vedo che la capsula che contine il reattore, e molto piu' piccola e leggera confronto ad altri tipi di reattore, questo perche il contenimento in caso di incidente per un reattore non pebble bed deve essere maggiore, poiche piu', diciamo esplosivo?,

cmq la grafite non modera?

[Athlon]

il contenimento sia in un PB che in un tradizionale e' molto simile , semplicemente il tradizionale ha una marea di apparati (barrre , sensori , valvole , tubi ) che costano , vanno cambiati e vanno duplicati ... il PB non ha nulla di tutto questo se non un """analizzapalline"" che sceglie se scartare o reciclare la pallina.


si la grafite e' il moderatore ( ad oggi come moderartori si uscano principalmente la grafite o l'acqua)

il problema e' che prende fuoco

[Athlon]

se dovessi scegliermi un reattore mi piacerebbe provare un

Lead-Cooled Fast Reactor (LFR)

[Phantom II]

Discussione interessantissima! Non avevo mai sentito parlare di questo tipo di reattori, stesso discorso per i Lead-Cooled Fast Reactor citati da Athlon.

[DarKilleR]

durante l'esame di fisica tecnica, dove mi sono fatto praticamente tutti i cicli a vapore delle varie centrali elettriche..ho scoperto che in una centrale nucleare, l'efficienza termodinamica è inferiore del 10/15% a qualsiasi altri tipo di centrale elettrica a combustibile, petrolio, carbone gas o cosa...

Si tengono efficienze a seconda del tipo da 25 al massimo del 33%...questo per tenere basse le temperature di funzionamento e quindi aumentare la sicurezza...

Ma credevo che l'efficienza fosse molto più alta...visto che quelle a carbone di nuova generazione arrivano vicino al 50%...

P.S. parlo di efficienza termodinamica...non strumentalizzare le mie affermazioni ^^