Morgunblaðið - 24.11.1955, Blaðsíða 7

Morgunblaðið - 24.11.1955, Blaðsíða 7
JTimmtudagur 24. nóv. 1955 MORGUNBLAÐIÐ 23 3. cfrelsn Mfagiiúsar Magnússonar ums kjarnorkuna: Helzta eldsneyti kjarnorkuofnanna er Úraníum 233 og 235 og Plútóníum 239 i*eir gefas framleitt meira af U-233 og I®ií”239 en þeir brenna kofBa tii greina ÞEIR kjarnorkuofnar, sem byggð ir hafa verið fram að þessu, hafa notað úraníum-235 sena eldsneytí, annað hvort eins og það k.emur fyrir í venjulegu úraníum, þ. e. 0,7% af efnismagni þess, eða í úraníum með auknu inni- haldi af úraníum-235. — Önnur eldsneyt-i koma þó til greina. Eins og áður hefir verið sagt, er plútoníum 239 kjarna- kleyft eins og úraníum-235. Erin- fremur er úraníumísótópurinn U-233 kjarnakleyfur með hæg- fara nevtrónum. Það er því um þrjár tegundir af eldsneyti að ræða, U-233, U-235 og Pu-239. Af þessum þrem er U-235 til í náttúrunni, en hin má fram- leiða í kjarnorkuofnum. Pu-239 er myndað úr U-233 við að það tekur í sig nevtrónu eins og áð- ur hefir verið skýrt frá. U-233 er myndað úr þóríum-232, sem tekur í sig nevtrónu, en þórlum er til í náttúrunni. (Þóríum-232 hefir 90 prótónur og 142 nevtrón- ur). Til að framleiða þessi efni, þarf ekki annað en að setja U-238 og þóríum-232 í kjarnorku- ofn, og þar sem þar er nóg af nevtrónum, myndast smám sam- an plútóníum og U-233. KJARNORKUOFNAR SEM FRAMLEIÐA MEIRA ELDSNEYTI EN ÞEIR BRENNA í kjarnorkuofnum, sem nota venjulegt úianium eða úraníum með aukið innihald af U-235, myndast Pu-239 jafnframt þvi, að U-235 er brennt. Þetta plútóníum tekur þátt í klofnun- arkeðjunni og auk.þess er hægt að vinna plútóníum úr eldsneyt- isstöngunum. Nýting úraníumsins verður því meiri en nemur magn- inu af U-235. Sú spurning vaknar, hvort ekki sé hægt að gera kjarnorkuofn, sem framleiðir jafnmikið eða jafnvel meira af eldsneyti en hann brennir. Við skul- um athuga, hvaða skilyrði þarf að uppfyfta til þess, að þetta sé hægt. Af þeim nevtrónum, sem koma fram við klofnun eins kjarna, þarf eina til að kljúfa nýjan kjarna og halda þannig við leiða nýjan kleyfan kjarna þarf aðra nevtrónu. Eitthvað af nevtrór.um týnist út úr hlaðan- um og í honurn á þann háít, að kjarnar hægisins og annarra efna, sem í hlaðanum eru, t. d. klofnunarbrotanna, sem kjarn- arnir hafa klofnað i, og gleypa þær í sig. Það þurfa því að koma fram meira en tvær nevtrónur að meðaltali við klofnun hvers kjarna til að mögulegt sé'áð fram leiða jafn mikið eldsneyti í kjarn- orkuofninum og brennt er. Nú reynist það svo, að fyrir hverja hraðfara nevtrónu fást töluvert meira en tvær nevtrón- ur í öllum þrem kjarnakleyfu efnunum, tæplega 2,5 að meffel- tali í U-235, rúmlega 2,5 i D-233 og urn 2,75 í Pu-239. Með því að nota hraðfara nevtrónur er því hægt að gera kjarnorkuofna, sem framleiða jafn mikið og jafnve) meira eldsneyti en þeir brenna. Ofn, sem notar Pu-239 og hrað- fara nevtrónur getur framieitt úr U-238 1,5 sinnum meira af Pu-239, en hann brennir. Með hægfara nevtrónum fæst minna af nev- trónum til klofnunar en með hraðfara nevtrónum, um 23 að meðaltali í U-233, 2,1 í U-235 og 2 í Pu-239 fyrir hverja hægfara nevtrónu. Með U-233 sem elds- neyti er hægt að gera kjarnorku- ofn, sem framie’ðir úr þórium- 232 meira eldsneyti en hann brennir (um 1,1 sinnum meira). Það eru því tvenns kunar kjarn orkuofnar, sem gefa góðar vonir að þessu leyti: 1) Með hægfara nevtrónum, ofn, sem í er U-233 sem elds- neyti og þóríum-232 til að fram- leiða úr nýtt eldsneyti. 2) Með hraðfara nevtvónum, ofn, með Pu-239 sem etdsneyti og U-238 til að mynda úr nýtt eldsneyti. Þar sem U-233 og Pu-239 eru ekki tii í náttúrunni verður fyrst að framleiða þessi efni í ofnum, sem nota U-235 sem eldsnejdi. Enginn vafi er á, að stefnt verði að smíði slíkra kjarnorku- ofna. Með þeim er hægt að nýta allt úraníum og þóríumið, en af um meira tii í jörðunni en af úraníum. Kjsmerktiðfaðr klofnunarkeðjunni. Til að fram-því síðarnefnda er þrisvar sinn- (J233 or Pu!M Klofnunarbrot Betageíslun i u!!> Betageislun 4 4 Uppdráttur þessi sýnir klofnunarkeðju og það hvernig hægt er að framleiða meira eldsneyti en kjarnorkuofninn brennir. Efst hittir nevtróna kjarna af Úranium 233 eða Plútóníum 239, sem toæði eru gott eldsneyti. Þá gerist það að fletri nevtrónur losna. Að minnsta kosti ein þeirra verður að halda klofmuiarkeðjttnni áfram með því að hitta afíur U-233 eða Pu-239 (sjá a>, einhverjar nevtrónur glatast (sjá c). Og ef eínin Þóríum 232 eða Úraniu.nt 238, sem bæði finnasí í allríkuni maeli í náttúrunni, þá ganga nevtrónur i samband við þau og mjnda ur Þóríum 232 í úraníum 233 og úr úraníum 238 í Plútóníum 239. En bæði þan efni sem myndast eru eldsneyti og séu nevtrónur enn á ferð, kljúfa þær þau. Kjarnorkuofnar geta því verjð margs konar. Þeir geta notað U-233, U-235 eða Pu-239 sem elds nevti og notað hægfara eða hrað- fara nevtrónur. Þeir, sem byggjast á hægfara nevtronum. geta notað ýmis efni sem hægi, t. d. venjulegt vatn, þungt vatn, beryllium, grafít, o. s. frv, Sem kæli má nota lofttegund, vatn, íljótandi málma o. fl Enn frem.ur má hafa eldsnejúið í stöngum (heterogeneous reac- tors), alða í upplausn (homo- geneous reactors). Það eru a. m. k. 100 gerðir kjarnorkuofna, sem til mála koma, og vandinn er að finna hverjar af þeim eru líklegar til að rej’nast bezt. Kj.arnorkuofna má nota bæði til rannsókna og sem aflgjafa. Til skamms tíma hafa kjarnorkuofn- ar verið bj-ggðir eingöngu til rannsókna eða til framleiðslu kjarnaklej-fra efna, og þá fj-rst og fremst plútoniums. Nú er hins vegar verið að byggja marga ofna til notkunar sem aflgjafa, en þar sem engin ein gerð gefur betri vonir en aðrai-. eru þeir af ýms- um gerðum. Áður en þeim er lýst nánar, er rétt að líta á,. hvernig kjarnorkuofn er notaður sem afl- gjafi. VATNSKÆLDIIt OFNAR í kjarnorkuhlaðanum kemur fram mikil hitaorka, etns og skýrt hefir verið frá. Þessi hiti er svo leiddur burt frá hlaðan- um með kæli, sem getur verið margs konar, t. d. vatn. Vatnið getur komið frá hlaðanum 260°— 270° C heitt, og þá auðvitað und- ir mjög miklum þrýstingi (um 100 atm.), þvi að annars syði það. Það er svo leitt gegnum hitaskipti þar sem það gefur frá sér hita, svo að það kemur út úr honum um 190p C heitt. Síðan fer það í dælur, sem dæla því aftur í gegnum kjarnorkuofninn. í sam- bandi við hitaskiptin er önnur hringrás. Vatninu í henni er brej-tt í gufu í hitaskiptinum, 255°—260° C heita (með 12,5 atm. þrýsting). Þessi gufa er svo leidd í gegnum túrbínurafala, þar sem rafmagn er framleitt. Síðan fer gufan í gegnum þétti, sem þéttir bana í vatn, en úr honum er því svo aítur dælt inn i hitaskiptinn. Vatr.ið í fvrstu hringrásinni fer í gegnum kjarnorkuhlaðann, og þar verður það geislavirkt. Þess vegna verður að umlykja fyrstu hringrásina og hitaskiptinn í þykka steinstej-puveggi. Vatnið í annarri hringrásinni er hins vegar ekki geislavirkt og þá hringrás með túrbínunni og raf- alnum þarf því ekki að einangra. I Bandarikjunum er verið að byggja kjarnorkuver með ofni af þessari gerð, þ. e. sem notar vatn sem kæli. Áætlað er, að þetta ver framleiði 60.000 kw rafmaans (samanber að Sogið framleiðir um 50.000 -kw.) í stað þess að láta vatnið í fyrstu hringrásirtni framleiða gufu í annarri hringrás, er hægt að hafa eina hringrás, þar sem vatninu er breytt í gufu í sjálf- um hlaðanum. og sú gufa er svo lótin knvja túrbínu. Þetta heíir ■þann kost að útrýrna hiíaski-pt- iBurn, svo að hitinn nýtist be.tur. Sá er, þó ókostur \'ið þennan kjarnorkuofn. að ,aljt kerfið, túrbánan cg þéttir, wrður geisla- virkt, svo að allt t’erður að vera irmiiokað nema sjálfur rafallinn. í báðum þessum gerðum er vatn- Úraníumstangir ligsgja í vatni, seni hitnar við það upp í 270 stig á celsíus. Vatniö rennur í hiíaskipti, þar sem önnur hringrás vatns hitnar og er notuð til að knýja eimtúrbínu, Keríið er haft tvöfalt til vara. Kostir ofnsins em að vatnið verður ekki mjög geislavirkt. Helzti ókostur er að þæði hlaði og vatnskerfi þurfa að vera undir geysimiklum þrýstingi til þess að gufa ekki upp við 270 síiga hita. Úraníumstangirnar verður að einangra með málmi, sem ekki-gengur í samband við vatn. 2) KJARNOKKUÖFN MEÐ NATRÍUM SEM KÆLI Hann hefur tvær hrir.grásir natríums til öryggis gegn geislaverk unum. Helzti bostur hans er, að ekki þarf að viðhalda þrýstingt á kerfinu. Natríum cr niáimur, sem verður fljóíandi við lágt hita- stig, en suðumark hans er hærra en 270 stig. Helzti ókosturinn er að natríum verður mjög geislavirkt. Geislaverkunaráhrifin frá því eru hindruð með tveimur hringrásum. Natríum úr hlaðanum rennur í hitaskipti, þar sem önnur hringrás natríums hitnar. Hún rennur í annun hitaskipti, þar sem vatn er hitað upp fyrir suðumark og knýi gufutúrbínu. Klofnunarbrot Guíugeymir )Valnsgeymir ►ungt vatn 3) KJARNORKA MED ÚRANÍUM í VÖKVAUPPLAUSN Talið er að i þessari tegund fáist ein fullkonmasta nýting kjarn- orkunnar, en þessi ofn er all vandasamur í meðförum. Hlaðinn er kúlulaga geymir. Inn í hann er dælt úraníuni uppleystu í vatnL Úraníumið hitar vatnið, sem streymir í hiíaskipti og hiíar þar upp aðra hringrás vatns er knýr gufutúrbínu. Hægt er að stilla brunann nioð því að dæla mismunandi miklu úraníum inn. Umhverfis hlað- ann er annar geymir, sem í er þungt vatn. Það endurkastar nev- trónunum inn í lilaðann, svo eldsneyti far ekki til spillis. Ef meim vilja má setja þóríum í þennan ytri geyir.i, þá tekur það nevtrónur í sig og við það myndast nýtt brennsluefni U-233. ið notað bæði sem kælir og hægir. Vatnið getur bæð-i verið venju- legt vatn og þungt vatn. Vatnskældir kjarnorkuofnar hafa þann ókost, að vatnið þarf að vera undir mjög miklum þrýst ingi til að hægt sé að hafa pað 200°—300° C heitt, en það er nauð sjmlegt til að hitinn nýtist vel. Þetta veldur nokkrum erfiðleik- um, svo að tilraunir hafa verið gerðar með að nota fljótandi málma (natríum) sem kæli í stað \'atns. NATRIUMKÆLDIR OFNAR Þar sem natrium bráðnar við 98° C og sýður við 650° G við venjuiegan þrj’síing, er auðvelt að hafa það fljótandi í kæhrás- inni við 500° C hita eða meira. Þetta hefir þann kost að hita- nýtnin verðui' miklu meiri en í \-atnskældum ofnum og án þess að hafa nema venjulegan þrýst- ing í rásinni. Þó hefir natríum þann ókost að í kjarnorkuofninum, sem það leikur urn, tekur það í sig nev- trónur og verður mjög geisla- virkt. Ennfremur gengur það í samband við súrefni og vatn, og verður því að einangra það fró þessum efnum. Af þéssum orsökum eru hafðar tvær natríum hringrásir og ein vatnshringrás, þar sem gufan er framleidd, sem svo knýr túrbínu rafalinn. í sambandi við fyrstu natríumhringrásina er hitaskipt- ir, þar sem hiti fer úr fyrstu í aðra natríumrásina. Natríumið í þeirri rás gefur svo frá sér hita í öðrum hitaskipti, þar sem vatn- inu í síðustu hringrásinni er breytt í gufu. í fyrstu rásinni er natriumið mjög geislavirkt, svo að þá rás, með fyrsta hitaskipt- inum, verður að einangra mjög vandlega. Önnur natriumrásin er hins vegar ekki geislavirk. I Bandarikjunum er nú verið að byggia kjarnorkuofn með ! natrium kælikerfi. Hann á að ! nota hægfara nevtrónur og hafa grafií sem hægi. Þungt vatn væri | ekki heppiiegt sem hægir vegna i hættunnar við að natriumið gangi í samtaand við vatnið. Eldsneytið er haft í stöngum og getur verið úranium eða úraníum og þóríum. SHkur ofn getur framleitt allt að því jafn mikið eidsneyti og hann brennir. Annar kjarnorkuofn sömu fegundar, sem á að véra tilbúinn 1959, ó að geta framléftt 75.000 kw. raímagns. Sams konar kælikerfi á að r.ota í kjarnorkuofninn, sem npt- Frh. á bls. 29

x

Morgunblaðið

Beinir tenglar

Ef þú vilt tengja á þennan titil, vinsamlegast notaðu þessa tengla:

Tengja á þennan titil: Morgunblaðið
https://timarit.is/publication/58

Tengja á þetta tölublað:

Tengja á þessa síðu:

Tengja á þessa grein:

Vinsamlegast ekki tengja beint á myndir eða PDF skjöl á Tímarit.is þar sem slíkar slóðir geta breyst án fyrirvara. Notið slóðirnar hér fyrir ofan til að tengja á vefinn.