Riješen decenijski problem nuklearnog reaktora sa tečnim olovom - Materijal koji sam "zacjeljuje"

Tečno olovo se decenijama u nuklearnom inženjerstvu posmatralo kao jedan od najperspektivnijih, ali i najzahtjevnijih rashladnih medijuma za reaktore četvrte generacije. Iako pruža vrhunske termodinamičke i bezbjednosne performanse, njegova upotreba imala je ozbiljnu cijenu: tečno olovo na visokim radnim temperaturama djeluje izuzetno agresivno prema konvencionalnom nerđajućem čeliku tako što stupa u hemijsku reakciju i ispira elemente legure poput gvožđa i nikla, mijenjajući njene hemijske, mehaničke i termalne karakteristike.

Švedska kompanija Blykalla uspjela je, po svemu sudeći, da riješi ovaj problem razvojem specijalne čelične legure obogaćene aluminijumom, čime je otvorila vrata široj komercijalnoj primjeni kompaktnih reaktora hlađenih tečnim metalom (LFR).

Ključ inovacije nije u spoljašnjem premazu koji bi se vremenom pohabao, što je najčešće rješenje, već u unutrašnjoj strukturi same legure. Tokom redovnog rada reaktora na visokim temperaturama aluminijum iz unutrašnjosti čelika spontano migrira ka spoljašnjoj površini. U dodiru sa precizno doziranom količinom kiseonika u tečnom olovu aluminijum reaguje i stvara mikroskopski gust i izuzetno čvrst sloj aluminijum-oksida, koji predstavlja vrstu keramike.

Ovo tehnološko rješenje je u izvjesnom smislu i samoregulišuće. Ukoliko tokom eksploatacije dođe do mikroogrebotina, naprsnuća ili habanja površine usljed strujanja tečnog metala, aluminijum iz dubljih slojeva čelika kreće se ka izloženoj tački i u dodiru sa kiseonikom ponovo formira zaštitni oksid. Na taj način oštećenje se praktično popravlja bez spoljne intervencije.

Postavlja se pitanje zbog čega se olovo koristi u pojedinim reaktorima. Reaktori hlađeni tečnim metalima smatraju se jednim od najperspektivnijih tipova reaktora takozvane četvrte generacije zbog karakteristika olova kao rashladnog medijuma.

Ovi reaktori imaju veoma male dimenzije, mogu raditi na atmosferskom pritisku i odlikuju se visokom efikasnošću. Olovo je odličan reflektor neutrona, što povećava neutronsku ekonomiju dizajna. Istovremeno predstavlja dobru zaštitu od gama-zračenja i može funkcionisati kao biološki štit.

Olovo ne reaguje sa vodom, kao što je slučaj sa natrijumom, pa nema opasnosti od požara u slučaju curenja. U vanrednim situacijama moguće je hlađenje prirodnom konvekcijom. Olovo ima izuzetno visoku tačku ključanja, što praktično eliminiše opasnost od gubitka rashladne tečnosti.

Zbog termičkih karakteristika olova reaktor ima i veliku toleranciju na temperaturne varijacije, što doprinosi njegovoj bezbjednosti. Olovo je veoma stabilno i ostavlja malo otpada poslije rada. Ipak, kada se koristi eutektička mješavina olova i bizmuta, dolazi do proizvodnje polonijuma 210.

Ovi reaktori imaju i nekoliko inherentnih nedostataka, među kojima je hemijska agresivnost olova na visokim temperaturama. Tehnološki napredak kompanije Blykalla zato bi mogao značiti rješavanje jednog od najozbiljnijih problema sa kojima se suočavaju reaktori hlađeni tečnim olovom.

Ipak, ostaju drugi izazovi, poput proizvodnje polonijuma 210, opasnosti od prelaska rashladne tečnosti u čvrsto agregatno stanje, takozvanog brikovanja, koje može blokirati reaktor i učiniti ga neoperativnim, kao i izuzetno velike specifične mase olova, koja otežava cirkulaciju.

Ukoliko je problem korozije konstrukcionog čelika zaista riješen, ova tehnologija mogla bi najaviti fundamentalnu promjenu bezbjednosne i tehničke arhitekture ovog tipa reaktora.

Značaj ovog tehnološkog napretka, ocjenjuje Nuklearna perspektiva, prevazilazi švedske projekte i ukazuje na mogući zaokret u razvoju reaktora četvrte generacije. Ukoliko se ova legura pokaže dugovječnom u komercijalnim uslovima eksploatacije, što tek treba da bude potvrđeno, reaktori sa tečnim olovom mogli bi postati jedan od najpouzdanijih projektnih koncepata u nuklearnoj industriji.