Fjärde generationens reaktor på gång i USA och Kanada

Terrestrial Energys planerade kärnkraftverk, som ska börja tas i drift under 2020-talet, kan producera elektricitet eller värme till priser som kan konkurrera med fossila bränslen utan att släppa ut några växthusgaser. Samtidigt kan de tack vare reaktorns modulära design byggas snabbare och är lättare att finansiera än kärnkraftverk med traditionella lättvattenreaktorer. Illustration: Terrestrial Energy
Alla reaktorns primära komponenter, inklusive det flytande bränslesaltet och grafitmoderatorn samt värmeväxlare och pumpar, är integrerade i en sluten reaktormodul som kan producera 190 megawatt elektricitet. Var sjunde år byts hela modulen ut som ett batteri. Illustration: Terrestrial Energy
Terrestrial Energys smältsaltreaktor IMSR (Integral Molten Salt Reactor) är en avancerad reaktordesign som skiljer sig från både dagens lättvattenreaktorer och andra avancerade reaktorer i kärnkraftens fjärde generation eftersom den inte använder sig av fast bränsle. Många av reaktorns styrkor kommer från det flytande bränslet, bestående av uran upplöst i ett smält flouridsalt, som även fungerar som reaktorns primära kylmedium. Illustration: Terrestrial Energy

Kärnkraftsmyndigheterna i USA och Kanada, som nyligen utökat sitt samarbete gällande avancerad reaktorteknik och små modulära reaktorer, har valt ut en fjärde generationens reaktor som föremål för sin första gemensamma tekniska granskning av en avancerad reaktordesign som inte är baserad på traditionell lättvattenteknik. Reaktorn i fråga är en så kallad smältsaltreaktor och utvecklas av företaget Terrestrial Energy.

Text: Alarik Haglund 

Det kanadensiska företaget Terrestrial Energy bildades 2013 med målsättningen att leverera pålitlig, utsläppsfri och kostnadseffektiv energi. För att åstadkomma detta utvecklar företaget en liten modulär reaktor med en avancerad reaktordesign, som tillhör kärnkraftens fjärde generation.

 

Flytande bränsle

Till skillnad från dagens lättvattenreaktorer ska fjärde generationens reaktorer kunna utnyttja bränslet mer effektivt och de ska också undvika att lämna kvar långlivat radioaktivt avfall. Dessutom ska de vara utformade så att de inte kan drabbas av olyckor med allvarliga följder, se till så att det inte finns något sätt att avleda klyvbart material från bränslecykeln för vapentillverkning och producera energi till minst lika bra pris som dagens reaktorer.

Det finns ett flertal olika avancerade reaktordesigner under utveckling som räknas till kärnkraftens fjärde generation. Terrestral Energys reaktordesign IMSR (Integral Molten Salt Reactor) är en så kallad smältsaltreaktor. Smältsaltreaktorer skiljer sig från både dagens reaktorer och andra reaktordesigner i kärnkraftens fjärde generation eftersom de inte använder sig av fast bränsle. Istället används ett flytande bränsle bestående av uran upplöst i ett smält flouridsalt, som även fungerar som reaktorns primära kylmedium.

 

Inbyggd säkerhet

Det smälta salt som är utmärkande för Terrestrial Energys reaktordesign står också för många av dess styrkor. Till exempel har smält salt en hög kokpunkt och är utmärkt på att leda bort värme från fissionsprocessen. Eftersom kylmediet i dagens lättvattenreaktor, det vill säga vatten, är flyktigt måste dessa reaktorer arbeta vid högt tryck för att det inte ska koka. I en nödsituation är det därför nödvändigt att lätta på trycket i reaktorn. Det är också viktigt att tillförseln av kylvatten fortsätter för att bränslet inte ska smälta. En smältsaltreaktor kan däremot, tack vare det smälta saltets höga kokpunkt, arbeta vid i stort sett normalt atmosfärstryck, vilket betyder att det inte finns något behov av att lätta på trycket i reaktorn i en nödsituation. Reaktorn riskerar inte heller att bli utan kylmedium då bränslet är kylmediet och reaktorn helt förlitar sig på passiv kylning. Dessutom kan reaktorn inte drabbas av en härdsmälta eftersom bränslet redan befinner sig i ett smält tillstånd.

 

Höggradig värme

En annan fördel jämfört med traditionella lättvattenreaktorer är att Terrestrial Energys reaktor har en mycket högre driftstemperatur och därför levererar värme med en temperatur på 600 grader Celsius istället för omkring 300 grader Celsius. Den högre temperaturen på värmen innebär att Terrestrial Energys reaktor producerar elektricitet mer effektivt och därför kan producera cirka 50 procent mer elektricitet än en motsvarande lättvattenreaktor. Den höggradiga värmen betyder också att den värme som levereras av reaktorn utöver att producera elektricitet även kan utnyttjas för avsaltning av havsvatten och i en mängd industriprocesser, som kemisk produktion och framställning av rena syntetiska transportbränslen. Eftersom reaktorns produktion kan anpassas efter efterfrågan på elektricitet är den också ett utmärkt alternativ för att balansera den varierande produktionen från förnyelsebar solenergi och vindkraft.

 

Termisk reaktor

Smältsaltreaktorer började studeras redan för mer än 50 år sedan och Terrestrial Energys reaktor bygger vidare på testreaktorer som byggts och demonstrerats vid Oak Ridge National Laboratory i USA. Precis som sina föregångare är Terrestrials Energys reaktor en termisk reaktor med långsamma neutroner och inte en så kallad bridreaktor med snabba neutroner, som forskningen inom avancerad reaktorteknik på senare tid främst fokuserat på. Reaktorn skiljer sig även från de flesta andra avancerade reaktordesigner som utvecklas idag på så vis att den använder låganrikat uran, som innehåller mindre än fem procent av den klyvbara isotopen U-235, som bränsle. Eftersom detta är det enda kärnbränsle som idag är kommersiellt tillgängligt är det en viktig egenskap när det gäller kommersialiseringen av reaktorn.

 

Utbytbar reaktormodul 

För att göra reaktorn redo för kommersiell drift har Terrestrial Energy i sin reaktordesign  gjort ett antal förbättringar jämfört med tidigare smältsaltreaktorer. Den största utmaningen när det gäller att kommersialisera smältsaltreaktorer har varit att den grafit som används som moderator för att bromsa neutronerna har en begränsad livslängd i en reaktorhärd och är svår att byta ut på ett säkert och ekonomiskt sätt.Terrestrial Energys reaktor löser detta problem genom att integrera reaktorns primära komponenter, inklusive grafitmoderatorn, i en sluten reaktormodul. När dess livslängd på sju år är slut kan hela modulen enkelt och säkert bytas ut som ett batteri.  

 

Byggs på fyra år

Reaktorns modulära design innebär att ett kärnkraftverk går betydligt enklare och snabbare att bygga än dagens kärnkraftverk. Eftersom modulerna, som var och en kan producera 190 megawatt elektricitet, kan massproduceras i en fabrik och levereras med lastbil eller tåg uppskattar Terrestrial Energy att ett kärnkraftverk med deras små modulära reaktorer kan byggas på bara fyra år. Terrestrial Energys planerade kärnkraftverk tar också mindre mark i anspråk än dagens kärnkraftverk och kan byggas långt från vatten. Dessutom påpekar Terrestrial Energy att den investering som krävs för att bygga ett av deras kärnkraftverk är mycket mindre än för dagens kärnkraftverk, vilket gör dem lättare att finansiera. 

 

Gemensam granskning

Terrestrial Energys första kommersiella kärnkraftverk förväntas enligt företaget att tas i drift någon gång under 2020-talet och man är redan på god väg. Tillståndsprocessen för reaktorn har sedan tidigare satts i rullning både i Kanada och USA och företaget meddelar nu att den kanadensiska kärnkraftsmyndigheten CNSC (Canadian Nuclear Safety Commission) och den amerikanska kärnkraftsmyndigheten NRC (Nuclear Regulatory Commission), efter en överenskommelse mellan de två myndigheterna om att utöka sitt samarbete gällande avancerad reaktorteknik och små modulära reaktorer, har valt ut Terrestrial Energys reaktor som föremål för sin första gemensamma tekniska granskning av en avancerad reaktordesign som inte är baserad på traditionell lättvattenteknik.

- Vi ser fram emot att delta i CNSC:s och NRC:s gemensamma granskningar av IMSR:s avancerade reaktorteknik och att stödja målen som ställts upp av myndigheterna i deras samarbetsdokument, säger Terrestrial Energys verkställande direktör Simon Irish.