Byggahus.se

Kärnkraft, 4'e gen, breeders, thorium osv, förklara

  1. Mikael_L
    Medlem · Nivå 25
    Hej.
    Jag är en vän av tanken att vi borde utveckla och bygga de kärnkraftsreaktorer som behövs för att köra dagens utbrända kärnbränsle som nytt bränsle.

    Men jag inser att jag kan området alldeles för grunt, och då tänkte jag att bland de dryga 100.000 byggahusanvändarna här så finns det säkert några som kan detta rätt bra och kan förklara lite.

    Jag har förstått det såpass långt att för att utnyttja kärnbränsle på detta vis så får vi inte stoppa neutroner så mycket som vatten gör, därför behöver det vara en annan moderator än vatten, som kan frakta ut värmen från härden.
    Två som har använts i de olika reaktorer som byggts är flytande natrium och flytande bly.

    Att pumpa runt flytande metaller och värmeväxla mot vatten som driver ångturbiner i sin tur är naturligtvis en teknisk utmaning, och bedrift. Ty det görs ju redan.


    Men jag undrar lite över vad för olika kärnbränslecykler som finns att tillgå, och om dessa kan ta det uttjänta avfallet idag rakt av, eller om det är upparbetning som gäller och sånt som är närliggande.

    Jag undrar även lite om reaktordesigner

    Jag undrar även lite om hur det gått för de olika försöken genom tiderna, fransmännen och japan har väl haft ett flertal reaktorer? Funkade de inte? Blev det bara politiskt omöjligt att fortsätta?
    Ryssland kör väl ett par blykylda i skarp produktion sedan flera år tillbaka?



    Så finns det någon här som känner sig manad, varsågod och skriv.
     
    • Laddar…
  2. Mikael_L
    Medlem · Nivå 25
  3. Mikael_L
    Medlem · Nivå 25
  4. A
    Medlem · Nivå 8
    BN-800 är ju till funktionen en 4G.

    Dock så har det skapats en internationell standard om vad en 4G ska kunna. BN-800 designades innan denna standard så den var klar. BN800 klarar dock huvudkravet -den kan köras på avfall. Så framtiden äe här!
     
  5. A
    Medlem · Nivå 8
  6. Mikael_L
    Medlem · Nivå 25
  7. blackarrow
    Elektroniktokig · Nivå 15
    Intressant tråd. Jag har också intresserat mig för modern kärnkraft sen en tid.

    Jag tror världen lider av kärnvapenskam och kärnkraftsrädsla. En rädsla inte helt obefogad med tanke på de bomber som släpptes och de kärnkraftverksolyckor som skett av olika anledningar, alltifrån otur, naturkatastrof, och slarv till ”tuffa kärnkraftstekniker” som misslyckats med sina experiment.

    Men det är ändå logiskt att ”bränna upp” och ta till vara på energin från alla gamla kärnvapen som nu är så gamla att de måste skrotas.

    Recycling waste... Och satsa på säker kärnenergiteknik som inte exploderar och sprider radioaktivitet!

    Om man ska ta klimathotet på allvar kanske man ska se till att vi har en tillförlitlig CO2-fri elproduktion som klara både konsumenternas och industrins behov, eller rent av gynna den inhemska produktionen genom billig och tillförlitlig el.

    Nu har länder som Sverige och speciellt USA som annars ligger i teknikens framkant hamnat 40-50år efter. 1969 stängde USA av sin sista thoriumreaktor och arkiverade alla rapporter och forskning i en garderob som glömdes bort i tiotals år. Nu ligger kina i framkanten.

    Att vi nu har vattenkylda reaktorer som kan explodera, inte pga kärnexplosion utan först med en ångexplosion och sen en gång till pga vätgas kan bildas av kylvattnet, beror på att militära intressen fick styra teknikutvecklingen. Man behövde små reaktorer till ubåtar och hangarfartyg samt man ville producera plutonium för kärnvapen vilket då kunde göras med vattenkylda reaktorer.

    USA har kärnavfall som skulle kunna användas som bränsle i 4G-reaktor och producera energi nog för hela USAs behov av el och värmeenergi i 450 år.

    Thorium behöver inte brytas i nya gruvor. Det finns lätt tillgängligt i massor från befintlig brytning av bla jordartsmetaller.

    Thorium-reaktorer som inte kunde producera plutonium? Vem vill ha det?
    Inget plutonium, inga kärnvapen, ingen (kärnvapen)makt...

    TMSR, Thorium Molten Salt Reacrors, tror jag är framtidens energikälla, eller möjligen blykylda.

    Dessutom har dessa MSR så hög temperatur att det går att framställa vätgas på ett kontrollerat sätt ,och producera syntetiska bränslen (diesel) för tunga maskiner mm. Behövs bara recyklad CO2 också.
    Fjärrvärmeverk med biomassa/sop-förbränning, cement och stålproduktion släpper ut mycket CO2.
     
  8. blackarrow
    Elektroniktokig · Nivå 15
    Bränslecykler handlar dels om brytning, hanteringen och framställningen av bränslet, hanteringen av utbränt (iaf ej längre användbart) bränsle, upparbetning/recycling av utbränt bränsle (anrikning till plutonium, nytt (smutsigt) bränsle, en långsam och smutsig process) och till slut slutförvaring.

    Mycket intressant är ”kärn-kemin”, vilka ämnen och isotoper som bildas i reaktorn, önskade och oönskade, och slutprodukten. Hur radioaktiv är restproduktprodukterna? Behövs mycket efterprocessning? Hur och hur länge länge behöver det slutförvaras pga strålningen?

    Inloggade ser högupplösta bilder Logga in
    9E6C938C-D4C1-4FF9-B28D-5BEC434D0163.jpeg

    Befiner man sig lång till vänster (thorium) så kan det inte sönderfalla i så många andra radioaktiva ämnen och isotoper. Befinner man sig längre åt höger bildas fler isotoper som iofs sönderfaller naturligt, men det kan ta flera hundra tusen år för vissa :surprised:
    Det är också detta sönderfall som ger betastrålning och värme som skapar problem vid kärnkraftsolyckor. Det går åt massor av kylvatten, 100-tals kilo per sekund efter fissions-processen stoppats. Har man då ingen el till kylvattenpumparna pumpar har man problem och en vätgas/syrgas-explosion kommer säkrare än ett brev med Postnord.

    Av vad jag förstått så kräver thorium cykelns avfall bara ca 300 års slutförvar för att bli ”någorlunda ofarligt”.
    Dessutom blir det inte så mycket avfall när man kan bränna i princip allt bränsle jämfört med bara 0.7% av de naturliga uranet. Cirklarna i bilden nedan representerat förhållandet av mängden tillgängligt thorium respektive uran i naturen.
    Inloggade ser högupplösta bilder Logga in
    C8235FB7-ADAE-4926-BB43-FBCBE6B7F888.jpeg


    Vid upparbetning av använt uran får man lågaktiva och högaktiva restprodukter. Det högaktiva (Pu) kan man återanvända i MOX-bränslemixen. Dock avger bränslet så mycket strålning att en gammal ”uran-reaktor” laddad med MOX får förkortad livslängd och blir svarade att montera ner pga mer radioaktivt material(stålrör mm). Sverige kör med MOX-bränsle i Oskarshamn.

    För den initiala laddningen behöver man väl ett bränsle med en lagom mix av rätt ämnen, bränsle plus neutronkälla(Pu), men sen är tanken att 4G reaktorerna är bridreaktorer så att de genererar sitt eget bränsle i många år framöver. Från kanske 7 år upp till 20 år på en laddning beroende på teknikvalet. :surprised:. Ingen smutsig upparbetning under den tiden iaf. Men kan det behövas rening från oönskade biprodukter under tiden.

    Kan man kapsla in bränslet i en lätt utbytbar enhet så kan man sälja kärnenergi till fler länder som då inte alls behöver ägna sig åt bränslehanteringen eller skaffa sig kunskap som också kan användas till att skapa atombomber. Finns det dessutom inga användbara mängder plutonium i det utbrända bränslet går det helt enkelt inte att göra bomber av det.

    Den här gamle mannen, Alvin Weinberg, verksam vid ORNL (Oak Ridge National Laboratory).
    Inloggade ser högupplösta bilder Logga in
    E77673FC-1D71-48FF-881C-B8B288665D2C.jpeg

    sade på slutet
    att den första fungerande amerikanska kärnreaktorn var en thorium-reaktor,
    att vattenkylda reaktorer inte skalade, inte var lämpliga till stora kärnkraftverk.
    att han hoppades att nån gång efter hans död skulle thorium-reaktorerna återuppstå (fritt översatt).

    Men han hade nog inte kunnat drömma om att USA, DoE, skulle ge bort tekniken till Kina för att låta dem utveckla och patentera ny IP. Men att kommersialisera tekniken i USA går inte på grund av regleringar, licenser, kostnader och administrativa hinder.
    Inloggade ser högupplösta bilder Logga in
    A31F9775-1281-4D0D-A3A9-ECBA0BEE1883.jpeg

    DoE, Department of Energy, ser väl som sin uppgift att sprida ren och säker kraftförsörjning till världens folk.
    Inloggade ser högupplösta bilder Logga in
    D046DCE9-17B2-4D1D-ABB5-E95FE206C7C2.jpeg

    Redan för många år sedan hade Kina 300 personer som jobbade med 4G-kärnteknik. Är vi snälla och betalar kanske vi får leasa reaktorer eller betala royalties. Undrar om USA kommer vara lika hårda i strider om patenträttigheter då.

    I sin naturliga form är bränslet ofarligt
    Inloggade ser högupplösta bilder Logga in
    6622ABA3-74F1-43E3-B5C7-22A961DA3E55.jpeg


    Även om jag själv kanske inte skulle vilja bada i thorium
    Inloggade ser högupplösta bilder Logga in
    D7E6441E-CC6F-43B6-A6FF-1014DAD7DB80.jpeg


    Vet inte om jag kommer att få likes eller bli bannad efter detta, men som ingenjör får man ju ta till sig tekniken. Det finns naturligtvis problem också som kanske inte kommer fram. Det är ju därför vi inte har smält-salts-reaktorer (MSR) än.
    Jag är miljövän men varför ska vi planera för att förstöra jorden, flytta till månen och börja med besvärlig recycling när vi kan recycla vår konsumtion av naturresurser här på jorden? Men vi kommer alltid att behöva energi.

    Se gärna detta klipp Thorium 2017 rekommenderas.

    Nej, jag har inte glömt bort solcellerna, batterierna eller andra förnyelsebara energikällor. De förtjänar en egen tråd. ;)
    Jag har svår att se vindkraft&solcellsdrivna smältverk eller annan basindustri...men vi kan ju straffa ut dem så de flyttar till kina så är varken energibehovet eller CO2 utsläppen vårt problem.

    Dagens kärnkraft kostar 20öre/kWh, nybyggd skulle kosta minst 2kr/kWh pga dagens säkerhetskrav.
    Svenska Akallas blykylda Sealer-reaktor räknar med ett pris på 60öre/kWh.

    Solel kostar väl ca 2kr/kWh. Teslas batterilager vet jag inte vad det kostar, men jag läste om ett tyskt flödesbatteri (något dyrare) där beräknat kWh priset låg på ca 1.70kr/kWh. Dvs totalt 3.70kr/kWh när solen gått ner.

    Så vad ska vi ha för energikällor i framtiden:thinking:
     
  9. Mikael_L
    Medlem · Nivå 25
  10. Mikael_L
    Medlem · Nivå 25
    • Laddar…
  11. Mikael_L
    Medlem · Nivå 25
    Och nu har jag grunnat, och fattat att:
    Naturligt uran består av 0,7% av isotopen U-235 och resten U-238 (i princip).

    Detta fungerar ej i de vanliga reaktorer vi har idag, det är U-235 som är såpass fissilt att det på egen hand kan driva en sönderfallsprocess (iom att vatten finns som moderator mellan bränslestavarna som fångar in och bromsar neutronernas hastighet).
    Så innan det blir kärnbränsle (till våra vanliga kokarreaktorer och tryckvattenreaktorer) så upparbetas det naturliga uranet till att innehålla ca 3% U-235, som vi ser i diagrammet - "fresh fuel", 3% U235 och 97% U238.

    Det som blir över efter upparbetningen är det som sen brukar kallas utarmat uran, består av nästan bara U-238, är tungt och används till pansarbrytande ammunition pga sin densitet (och billigt då det är en restprodukt någon bara vill bli av med).

    Sen när kärnprocessen sker i våra reaktorer så blir det sönderfall till diverse olika andra fissionsprodukter i enlighet med ovanstående diagram. Det förbrukas alltså både U-235 och U238, och när U235-innehållet blivit tillräckligt lågt så anses bränslet förbrukat, det driver ej längre kärnklyvningen av sig självt.

    Av det som finns i "avfallet" så är mycket helt klart fissila material, de kan alltså sönderfalla av sig självt, sända ut en neutron som splittrar nästa atomkärna, t.ex. plutoniumet är en sådan god energikälla.
    Problemet är att vi våra lättvattensreaktorer så bromsas neutronernas hastighet så mycket att de inte har tillräcklig energi för att klyva nästa plutonium-kärna. Vi måste byta ut vattnet mot något annat som inte bromsar hastigheten lika mycket, flytande bly, natrium eller salt eller olika gaser har testats och finns tankar om.

    Därav kommer namnet på vissa av dessa tekniker (fast) breeders, dvs snabba neutroner och att reaktorn föder bränslet själv.
    Om vi kikar på grafen och 3'e året, så ser vi att nu har U235 gått ner till ca 0,7, och U238 är det fortfarande ca 94,5% av i bränslet (avfallet). Så trixet är att förbränna resten av U238, kanske genom att det först klyvs till plutonium, eller något/några andra steg av klyvning.


    Det verkar finnas möjligheter att driva kärnprocess på bara U238, jag har läst att det går i en tungvattenreaktor, men tungt vatten är lite svårtillgängligt i större mängder, det är kanske inte en lösning för samtliga kärnkraftverk i världen.
    En annan process som verkar kunna användas för att köra utarmat uran (U238) som bränsle i, är ADS, acceleratordrivet system.
    En liten rapport på några sida som PDF här, jag har inte själv lusläst den än ..

    Det är också en intressant teknik, kan medföra att nästan vilka fissila material som helst kan användas i kärnprocesser. Och med underkritiska reaktorsystem (t.ex. med stor mängd utarmat uran) så stannar klyvningen omedelbart om acceleratorn stannar = hög säkerhet. Restvärme i härden är ju dock fortfarande ett problem, så det blir ju aldrig helt problemfritt, men betydligt mindre än om även kärnprocessen fortgår.
     
  12. blackarrow
    Elektroniktokig · Nivå 15
    Ja du @Mikael_L , inte för att jag är någon kärnfysiker men här kommer lite kommentarer...

    Man får skilja på sönderfall och klyvning.

    Man bombarderar atomkärnan med neutroner. Om neutronerna har lagom hastighet (energi) så träffar de kärnan och tas upp. Då har det bildats en tyngre kärna. Den är oftast ej stabil. Den kan då sönderfalla igen, eller ta upp ännu en neutron.
    Atomkärnan kan då bli så ostabil att den delas i två atomer + energi. Det är klyvning.

    Har man otur bildas tex U234 som inte är klyvbart vilket är ett problem i toriumcykeln.

    Tex skulle U(92) kunna delas till Ru(45) + Ag(47), i alla fall rent matematiskt om man bara räknar protoner. Sen ska det stämma med antal neutroner också. Och det får gärna bli några neutroner över som dels tas upp av en ny atomkärna och gör ämnet tungt och ostabilt, samt slutligen en sista neutron som skjuter sönder en tung atomkärna, klyver den, i två nya atomer. Dessa nya lätta atomer är radioaktiva isotoper av något grundämne men sönderfaller av sig själva ganska snabbt till något stabilt ämne som inte avger strålning.
    Tex cesium som har en halveringstid på 25 år. En kort halveringstid för en isotop :) men en lång tid för den som gillar älgkött...:oops:
    Xenongasen som kan bildas och släppas ut vid reaktorolyckor har en halveringstid på 9h.

    Vid beta-sönderfall, som alltså avger betastrålning, sönderfaller en neutron i atomkärnan till en proton och en elektron(som utgör strålningen). Man har då fått ett nytt ämne med högre atomnummer!

    Vid alfa-sönderfall minskar atomnumret med 2, en proton sönderfaller inte utan atomkärnan avger en heliumkärna, en laddad alfa-partikel med hög energi.

    Man kan tycka att riktigt långa halveringstider är bra. Det innebär ju att ämnet är stabilt, men det beror ju på vad för typ av strålning som avges under tiden och vad som bildas efter sönderfallet. Bildas ett stabilt ämne eller ytterligare ett radioaktivt ämne som kommer att sönderfalla med ytterligare strålning som följd?

    Bly är bra på att stoppa strålning. Det vet alla som varit hos tandläkaren. Ändå används bly i gen-IV reaktorer?
    Bly är bra på att bromsa röntgen/gammastrålning, men bromsar inte neutroner.


    Snabba neutroner har högre energi. Dom missar atomkärnan och tas inte upp lika lätt, så man får öka anrikningshalten av U235 till 15-30% isf 3% om man skall köra en snabb reaktor. Snabba energirika neutroner är dock bättre på att omvandla U238 till plutonium P239.
    Inloggade ser högupplösta bilder Logga in
    3563B92A-43F0-4EFC-B916-A8987109EB35.jpeg
     
    • Laddar…
  13. HasseTeknik
    Medlem · Nivå 15
    Du har nog blandat ihop något - eller är det en annan Cesium-isotop än 137 inblandad? 134 har jag för mig är mycket mer kortlivad.

    "Idag 25 år efter olyckan är cesium-137, som har en halveringstid på 30 år, den enda isotop som fortfarande har effekt i det svenska ekosystemet"
     
    Redigerat 8 sep 2019 16:55
  14. blackarrow
    Elektroniktokig · Nivå 15
    Eh, var kom 134 ifrån? Ska man vara petig så är ju ”cesium” utan isotopnummer Cs133.
    Jag menade förstås den radioaktiva isotopen cesium-137 som har 30 års halveringstid.
    5 år fel och slarvigt skrivet.

    Cs136 har halveringstid på 13 dagar och Cs134 2år. Naturligt förekommande Cs133 är stabilt, eller har i alla fall längre halveringstid än vad jorden är gammal. :oops:
     
    • Laddar…
  15. Mikael_L
    Medlem · Nivå 25
    Bra, det är precis sånt här jag är ute efter i denna tråd. (y)

    Vi kanske inte behöver närma oss strängteorin eller andra esoteriska delar inom fysiken, utan hyggligt teknisk och fysisk nivå, men ändå lite lekmannanivå.

    Det är nämligen så att jag själv tror på dessa nya teknologier, men inser, när jag funderar på det, att jag kan ju bedrövligt lite, egentligen.
    Jag känner att man nog bör kunna basic, och en liten aning mer, för att kunna vara med i debatten med något uns av trovärdighet. :)

    Så ös på med mer, massor ... :)