Morgunblaðið - 24.11.1955, Blaðsíða 7

Morgunblaðið - 24.11.1955, Blaðsíða 7
Fimmtudagur 24. nóv. 1955 IUORGVNBLAÐIÐ 23 agfiúsnB* nussonar utn 3. greln Heízta eldsneyti kiatnotkuofnanna et Úraníum 233 og 235 ogPlútóníum 239 Ir geta Þrjár ttelzfu gerðir kjarnorkuofna a meira U-233 og Pu-239 en þelr brenna 100 mísmunandi qerðir kjarnorkuofiia koma fil greina ÞEIR kjarnorkuofnr.r, sem byggð ir haía verið fram að þessu, hafa notað úraníum-235 seai eldsneyti, annað hvort eins og það kemur fyrir í venjulegu úraníum, þ. e. 0,7% af efnismagni þess, eða í úraníum með auknu inni- haldi af úraníum-235. — Önnur eldsneyti koma þó til greina. Eins og áður hefir verið Bagt, er plútoníum 239 kjarna- kleyft eins og úraníum-235. Erin- fremur er úraníumísótópurinn U-233 kjamakleyfur 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 þóríum er til í náttúrunni. (Þórium-232 hefir 90 prótónur og 142 nevtrón- ur). Til að framleiða þessi efni, þarf ekki annað en að sctja 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 FRAMLEIBA MEIRA ELDSNEYTI EN ÞEIR BRENNA í kjarnorkuofnum, sem nota venjulegt úraru'um eða úraníum með aukið innihald af U-235, myndast Pu-239 jafnframt því, 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 uppfyffa 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 klofnunarkeðjunni. Til að fram- leiða nýjan kleyfan kjarna þarf aðra nevtrónu. Eitthvað af neytrónum týnist út úr hlaðan- um og í honum á þann hátt, að kjarnar hasgisins og annarra efna, sem i hlaðanum eru, t. d. klofnunarbrotanna, sera kjarn- arnir haía klofnað í, og gieypa þær í sig. Það þurfa því að koma fram meira en tvær nevtrónur að meðaltali við klofnun hvers kjarna til að möguiegt sé að 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 ao" me5aí- tali í U-235, rúmlega 2,5 í U-233 og um 2,75 í Pu-239. Ivleð því sð nota hraðfara nevtrónur er því hægt að gera kjarnorkuofna, sem framleiða jafn mikið og jafnvel meira eldsneyti en foeir brenna. Ofn, sem notar Pu-239 «g hr&ð- íara nevtrónur getur framleitt úr U-238 1,5 sinnum meira af Pu-239, en hann brennir. Með hægfara nevtrónum fæst minna af nev- trónum til kiomunar en með hraðfara nevtrónum, um 2,3 að meðaltali í U-233, 2,1 í U-235 og 2 í Pu-239 fyrir hverja hægfara nevtrónu. Með U-233 sem -eids- neyti er hægt að gera kjarnorku- ofn, sem framle^ir úr þóríum- 232 meira eldsneyti en hann brennir (um 1,1 sinnum meira). Það eru þvi tvenns konar 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 nevtrónum, ofn, með Pu-239 sem eidsneyti og U-238 til að mynda úr nýtt eldsneyti. Þar sem U-233 og Pu-2-39 eru ekki til í náttúrunni verður fyrst að framleiða þessi efni í ofnum, sem nota U-235 sem elclsneyti. Enginn vafi er á, að stefnt verði að smíði slíkra kjarnorku- ofna. Með þeim er hægt að nýta allt úraníum og þóríumið, e;n af því. síðarnefnda ei' þrisvar sinn- , I ¦ U!" or Pu"» um meira tii í jörðunni en af úranium. jarnoruioinai og afkjjafar TJppdráttur þessi sýnir klofnunarkeðju og það hvernig hægt er að framleiða meira eldsneyti en kjarnorkuoínmn brennir. Efst hittir nevtróna kjarna af Úraníum 233 eða Piúíóníum 239, sem feæði «ru gott eldsneyti. Þá gerist það að fleiri nevtrónur losna. Að minnsta kosti ein þeirra verður að halda kl«fnmtafke(S}aBÐi áfram meff því að hitta afíur U-233 eða Pu-239 (sjá a), etóh.ver|ar nevtrónur glatast {sjá c). Og ef efnin Þóríum ZZZ eða Uráftíuin 238, sem bæði finnast í allríkum raæii í náttúrunni, þá gímga nevtrónur i samband við þáu og mjnda úr Þóríum 232 í úraníum 233 og úr úranium 238 í Plútónium 239. En bæði þan efni st-m myndast eru eldsneyti og séu nevtrónur enn á ferð, kljúfa þær þau, Kjarnorkuofnar geta því verið margs konar. Þeir geta notað U-233, U-235 eða Pu-239 sem elds neyti og notað hægfara eða hrað- fara nevtrónur. Þeir, sem byggjast á hægfara nevtronum, geta notað ýmis efni sem hægi, t. o. venjulegt vatn, þungt vatn, beryllium, grafít, o. s. frv.. Sem kæli má nota lofttegund, vatn, fljótandi málma o. fl, Enn fremur má hafa eldsneytið í stöngum (heterogeneous reac- tors), a/ía í upplausn (homo- geneous reactors). Það eru a. m. k. 100 gerðir kjarnorkuofna, sem til mála koma, og \andinn er að finna hverjar af þeim eru líklegar til að reynast. bezt. Kj.arnorkucfna má nota bæði til rannsókna og sem aflgjafa. Til skamms tíma hala kjarnorkuofn- ar verið byggðii- eingöngu til rannaókna eða til framleiðslu kjarnakleyfrs efna, og þá íyrst og íremst plútoníums. Nú er hins vegar verio að byggja marga ofna tii notkunar sem aflgjafa, en þar ', sem engin ein gerð gefur betri t vonir en aðrar. eru þeir af ýms- um gerðum. Áður <en þeim er lýst nirnar, -er rétt að líta á,. hvernig kjarnoi'kuofn er notaður semi afl- gjafi. VÁTNSKÆLIMR OFNAR í kjarnorkuhlaðanum kemur fram mikii hitaorka, eins og skýrt hefir verið frá. Þessi hiti «r svo leiddur burt frá hlaðan- um með kæii. sem getur verið margs konar, t. d. vatn. Vatnið getur komið frá hlaðanum 260"— 270" C heitt. og þá auðvitað und- ir mjög mikium þrýstingi (um 100 atm.), því að annars syði það. Það er svo leiti gegnum hilaskipti þar sem það gefur frá sér hita, svo að það kemur út úr honum um 190* 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 breytt í gufu í hitaskiptinum, 255°—260° C heita (með 12,5 atm. þrýsting). Þessi gufa er svo leidd í gegnum túrbinurafala, þar sem rafmagn er framleitt. Síðan fer gufan í gegnum þétti, sem þéttir hana í vatn, en úi' honum er því svo aítur dælt inn í hitaskiptinn. Vatnið í fyrstu hringrásinni fer í gegnum kjamorkuhlaðann, og þar verður það geislavirkt. Þess vegna verður að umlykja fyrstu hringrásina og hitaskiptinn í þykka. steinsteypuveggi. Vatnið í annarri hringrásinni er hins vegar ekki geislavirkt og þá hringrás með túrbínunni og raf- alnum þarí því ekki að einangra. I Bantíaríkjunum er verið að byggja kiarnorkuver 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-k\v.) I stað þess að láta vatnið í fyrstu hringrásinni framleiða gufu í annarri hringrás, er hægt að hafa eina hringrás, þar sem vatninu er breytt í gufu í sjálf- um hiaðanum, og sú gufa er svo látin kaýja túrbínu, Þetta hefir •þarm kost að útrýma hitaskipt- inum.. svo að hitinn nýtist betur. Sá er | þó ókostuL'- við . .þennan kjamoii.uoín. að aljt kerfið, túrbdnan og þéttir, \ierður geisla- virkt, svo að allt verður að vera innilokað nema sjáifin' rafallinn. í báðum þessum gerðum er vatn- 1) KJARNORKUOFN "MEÐ VATN SEM KÆLI Úraníumstangir liggja í vatni, sem hitnar við bao upp í 270 stig á celsíus. Vatnið rennur í hiíaskipti, þar sem önnur hringrás vatns hitnar og er notuð til að knýja eimtúrbínu. Kerfið er haft tvöfaJt til vara. Kostir oínsjns eru að vatnið verður ekki mjög geislavirkt. Helzti ókostur er að bæði hlaði og vatnskerfi þurfa að vera undir geysimiklum þrýstingi til þess að gufa ekki upp við 270 stiga hita. Úraníumstangirnar verður að einangra með málmi, sem ekki gengur í samband við vaín. Túrbina 2) KJAKNORKUOFN MEÐ NATRÍUM SEM KÆLI Hann hefur tvær hringrásir natríums til öryggis gegn gcislaverk unuin. Helzti kostur hans er, að ekki þarf að viðhalda þrýstingi É kerfínu. Natríum er málmur, sem verður fljóíandi við lágt hita- stig, en suGumark hans er hærra en 270 stig. Helzti ókosturinn er að íiatríum 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 annan hitaskipti, þar sem vatn er hitað upp fyrir suðumark og knýt gufutúrbínu. Klofnunarbrot 3) KJAÍHÍORKA MEB ÍTRANÍUM í VÖKVAUPPLAUSN Talið er að í þessari tegund fáist ein fullkomnasta nýting kjarn- orkunnar, en þessi ofn er all vandasamur í meðförum. Hlaðinn er kúlulaga geymir. Inn í hann er dælt úraníum uppleystu í vatnL Úraníumið hitar vatnið, sem streymir í hiíaskipti og hiíar þar upj» aðra hringrás vatos er knýr gufutúrbínu. Hægt er að stilla brunann með því að dæla mismunandi miklu úraníum inn. Umhverfis blað- ann er annar geymir, sem í er þungt vatn. Það endurkastar nev- trónunum inn í hlaðann, svo eldsneyti far ekki ti! spillis. Ef mena vilja má setja þóríum í þennan ytri geymi, þá tekur það nevtrónur í sig og vio það myndast nýtt brennslueftti U-233. ið notað bæði sem kælir og hægir. Vatnið getur bæði 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 synlegt til að hitinn nýtist vel. Þetta veldur nokkrum erfiðleik- um, svo að tilraunir hafa '/e.rið gerðar með að nota fljótandi máhna (natríum) sem kæli í stað vatns. NATR3UMKÆLDIR OFNAR Þar sem natrium bráðnar við 98c C og sýður við 650° C við venjulegan þrýsting, er auðvelt að ha.ia það fljótandi i kælirás- inni við 500° C foita eða meira. Þetla hefir þann kost að hita- nýtnin verðux miklu meiri en í vatnskaeldum ofnum og án þess að hafa nema venjuiegan þrýst- in-g í rásinni. Þó heffo- natríum þann ókost að í kjarnorkuofninum, sem það leikur um, t-ekur 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 frá þessum efnum. Af þessum 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 n.ota hægfara nevtrónur og hafa grafit sem hægi. Þungt vatn væri ekki heppiiegt sem hægir vegna hættun?iar við að natriumið gangi í samband við vatnið. Eldsneytið er haft í stöngum og getur verið úraníum eða úranium og þóríum. Siíkur ofn getur framleitt allt að 'pví jafn mikið eidsneyti og hann brennir. Annar kjarnorkuofn sömu tegundar, sem á að véra tiibúinn 1959, á að geta framléitt 75.000 kw. rafmagns. Sams konar kælikerfi á ,að nota í kjarnorkuofninn, sem not- 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.