Morgunblaðið - 24.11.1955, Page 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