Reaktor innovation: Passive kølerør
Denne blog er skrevet af Bo Miller som er HVAC ingeniør (Heat, Ventilation and Air Conditioning) og har været medlem at Copenhagen Atomics i snart et halvt år. Du kan læse lidt om Copenhagen Atomics i vores først blog.
En klog mand fik engang spørgsmålet: “hvordan byggede de dog de store katedraler dengang, og så med håndkraft?”. Han svarede så lakonisk man nu kan: “Jo, de startede med at få en ide, og dernæst tog de en sten.”
Copenhagen Atomics har ikke umiddelbart til sinds at bygge nogen katedraler. Men vores projekt minder alligevel lidt om det. Vi er en lille flok med en stor vision; vi har mange forskellige fagområder, og vi kan jævnligt smile af hinandens totale mangel på viden om det, vi selv lige ved noget om. Men vi har en fælles drøm - og vi kan se, at den er tættere på virkeligheden, end man umiddelbart skulle tro.
Da raketbyggerne fra Copenhagen Suborbitals kontaktede myndighederne med spørgsmålet: “må vi bygge en raket, der kan transportere et menneske ud i rummet”, blev der løftet øjenbryn og rystet på hovedet. Selv den daværende forskningsminister regnede ikke med, at der kom noget videre ud af det. Men da Heat 1X løftede sig fra affyringsrampen 3. juni 2011, løftede en hel verden øjenbrynene.
Den slags projekter kører altid på et to-komponent brændstof. Den ene komponent er ideen, den anden komponent er viljen til at føre ideen ud i livet - og her begynder det for alvor at blive interessant.
For vi kan alle få ideer, men det er viljen til at tage det lange seje træk og få gjort ideen til virkelighed, der gør hele forskellen.
Vi arbejder i små teams, opdelt efter faglige styrker. Jeg er selv i gruppen “Mechanical Design”, som arbejder med varmeoverføring, væskeflows, samlinger af rør og lignende, og vi bidrager med praktisk viden til de andre arbejdsgrupper - som til gengæld bidrager med viden til os om det, vi skal være opmærksomme på. For eksempel har vi noteret os en mulig ophobning af en bestemt plutonium-isotop på en varmeveksler - derfor vil vi sørge for at udforme veksleren med særligt fokus på “døde zoner”, så eventuel plutoniumdannelse kan blive ført med tilbage i reaktorkammeret og forbrændt der.
Nævnte skribenten plutonium? Ja, faktisk. For tag ikke fejl, vi arbejder med højteknologi som skal tages seriøst i alle led, og sikkerheden skal altid være i fokus. Men de reaktortyper, vi arbejder med har netop også sikkerhed i højsædet. Hvis noget går galt, holder de hurtigt op med at fungere, for hvis ikke vi hele tiden holder processerne ved lige, går de simpelt hen i stå. På det punkt svarer vores projekt til en almindelig benzinmotor - fjerner man noget, går motoren som regel i stå.
Et eksempel på dette er vores ”heat sinks”. Se, vores reaktor fungerer kun, hvis den er neddyppet i væske - i dette tilfælde smeltet salt ved 800 grader. Under reaktoren findes et hul med en prop i, og proppen er lavet af det samme salt - men den holdes afkølet ved ca. 300 grader vha. et køleloop som drives af den strøm reaktoren laver. Hvis noget går galt, vil strømmen forsvinde, proppen vil smelte og al væske i reaktoren løbe ned i en depottank, hvilket vil få reaktoren til at stoppe. Hernede i depottanken vil væsken afkøles så den størkner.
For at sikre, at varmen ledes korrekt væk fra saltet, borer vi simpelt hen en række væskefyldte metalrør ud i jorden. Vi kan variere deres længde, dybde, indbyrdes placering osv. og dermed regulere mængden af varme, der ledes bort, og det kræver absolut ingen vedligeholdelse eller mekanik. Samtidig er der ingen forureningsrisiko; metalstængerne leder varme ganske fint, men ingen radioaktiv stråling. En lavpraktisk løsning på et af de mange små problemer vi pusler med i dagligdagen.
På ovenstående figur vises en simpel koncepttegning af Copenhagen Atomics’ Waste Burner, hvor en række 40 fods shipping containere er placeret på højkant i betonskakte under jorden. Nedenunder containerne ligger en ekstra container på langs - og inde i denne container findes vores depottanke. I en af de næste blogs vil vi gå mere i detaljer med de øvrige komponenter i reaktoren, og hvordan de indvirker på hinanden, men lige nu tager vi blot de passive kølerør ud som eksempel.
Det var faktisk mig, som fik ideen til at bruge disse rør som passiv køling. Udfordringen er nemlig, at saltet i en depottank bliver ved med at producere varme, efter at reaktoren er lukket ned på grund af henfaldsvarme fra de forskellige fissionsprodukter. Man ønsker, at selv hvis der er faldet en bombe, og flere systemer er ødelagt, og strømmen er forsvundet, så skal man stadig kunne køle saltet i depot tanken så den forbliver størknet. Igen, sikkerhed først.
Vores beregninger viser at jorden rundt om værket let vil kunne optage varmen, man skal blot have varmen ledt fra saltet i depottanken og ud i jorden. Spørgsmålet er, hvordan sådanne varmeledningsrør skal dimensioneres, så de dels fungerer, dels bliver ved med at fungere. Og hvad skal der forresten til, for at de vil kunne godkendes til et atomkraftværk? Vi har i den forbindelse drøftet følgende problemstillinger, som vi endnu ikke har fået afklaret:
Det er en udfordring at få opbygget en god heat flow simuleringsmodel på computeren, så vi kan afprøve forskellige designvalg. Vi kan let finde tal for varmeledningsevne og varmekapacitet for forskellige jord- og sandarter, såvel våde som tørre. Men hvordan er varmeledningsmodstanden imellem metalrør og jorden, og hvordan ændrer det sig, når jorden varmes op, og damptrykket ændres? Næste udfordring er, hvor lange og hvor tykke de rør skal være … samt, hvad de skal laves af? Stål er nok oplagt, men hvilken væske skal der være inden i?. Og i øvrigt … det hele skal helst være til at bygge med nogenlunde almindelige midler, såsom denne her boremaskine til styret boring af rør i jord:
For at få godkende et atomkraftværk, skal man enten bygge en fuldskalamodel i de rigtige materialer og så måle på den eller også skal man lave en matematisk model og eftervise, at den højst afviger med et givent interval i forhold til virkeligheden. Selvsagt så har vi hverken tid eller penge til at gøre dette arbejde nu, så vi leder efter forskere og firmaer, som har erfaring med den slags. Tips modtages meget gerne på info@copenhagenatomics.com
Vil alle reaktorer i fremtiden have denne designdetalje? Det ved vi ikke. Men det er i virkeligheden slet ikke pointen. Pointen er snarere, at vi løser et problem og derved føres hele arbejdet videre.
Vores mål er klart: Vi vil bygge en thoriumreaktor som forbrænder mere affald end den skaber. Det har ingen gjort før. Andre derude arbejder også med thoriumenergi, men ikke med affaldsforbrænding. Det kræver løsning af en hel række små og store delmål - og dem tager vi, et problem ad gangen.
Copenhagen Atomics er opstået ud af denne ”meet up gruppe”:
www.meetup.com/Thorium-and-MSR-Energy-CPH/
Den har nu kørt i 2 år og holder som regel møder 1. mandag i hver måned kl. 20. Næste møde er således mandag d. 6 juli, og hvis vejret holder. så bliver næste meet up nok afholdt ved søen i fælledparken, hvor vi kan drikke en øl og grille. Det er gratis, så kom forbi og hør mere om disse meget værdifulde teknologier, som du helt sikkert ikke har lært om, da du selv gik i skole. Dit bidrag vil være værdifuldt. Og en dag vil det resultere i en katedral.
Reklame: En af de vigtige mennesker i verden, som hjælper med til at sprede værdifuld viden om Molten Salt Reactors er Gordon McDowell.
Han har arbejdet mange tusind timer på dette helt gratis i en årrække. Nu har han startet en crowd funding kampange for de næste film. Jeg kan på det varmeste anbefale at støtte ham og se hans gratis film.
