Grafitreaktorer

Alla brukar kasta skit på sovjeterna för deras reaktortyp med grafitmoderering. Men finns det någon klar fördel med den typen av reaktor? Pris, driftskostnad, komplexitet, billigare utrangering av äldre verk eller något. Eller hade sovjeterna bara halkat in på ett stickspår i utvecklingen?

På den tiden när de utvecklades var de toppmoderna, hade väldigt hög uteffekt mot andra reaktormodeller från den tiden och ansågs säkra. Problemet var att den saknade en inneslutning för reaktorkonstruktionen och att man dumt nog valde att utföra ett väldigt farligt test, att se hur mycket man kan strypa uteffekten utan att förlora kontrollen över reaktorhärden. Trots att alla säkerhetsystemen gick igång valde personen i ledning att inte avbryta testet. När man sedan återgick till full effekt så överbelastades hela systemet, om man stryper reaktorn och sedan kör igång den på full effekt får man ca+10% utöver det normala i effekt. Detta orsakade en ångexplosion i reaktorn som lyfte hela locket på den.

Så det var en kombination av avsaknaden av inneslutning och felaktig användning

Kul fakta är att det fanns ytterligare en reaktor precis identisk i chernobyl, som var i drift till 1999 utan problem.

Har för mig att sovjets kärnkraftsverk inte enbart skulle ha en civil funktion, att producera el utan även kunna användas för att tillverka kärnvapen om det skulle behövas...

Bump!

Grafit är en effektiv moderator som gör det möjligt att köra med oanrikat naturligt uran eller med lägre anrikningsgrader. Därmed kan man producera kärnvapen lättare.

Världens första kärnreaktor var grafitmodererad:

http://en.wikipedia.org/wiki/Chicago_Pile-1

Sovjeterna hade länge problemet att man inte kunde producera de stora högkvalitativa tryckkärl som behövs för en fullstor tryckvatten-/kokarreaktor. RBMK-konstruktionen löste detta genom att ha grafitmodererade moduler i mindre storlek.

Dessa var lättare att bygga och man kunde få en reaktor av nära nog valfri storlek genom att skruva ihop lämpligt antal moduler. En tekniskt snygg och billig lösning som kunde köras på låganrikat uran.

Säkerhetsnackdelarna är däremot en annan sak.....

Det där med att RBMK-reaktorerna även skulle producera vapenplutonium verkar enligt denna källa vara en myt: http://sovietologist.blogspot.com/20...ons-grade.html Jag har också trott det till nu när jag läste runt lite extra. Den är mycket lik de grafitmodererade mindre reaktorer som använts för plutoniumproduktion men man har tydligen aldrig använt dess utbrända bränsle för vapenproduktion (fast det hade kanske varit möjligt). Huvudorsaken att man valde den designen var att bygga stort och billigt. För en given effekt är RBMK:n mycket större än de BWR och PWR som vi har i Sverige. Blotta fysiska storleken på reaktorn gör en stark inneslutning extremt dyr och därför sket ryssarna i att bygga någon sådan. (Sverige byggde Marvikenreaktorn för att ge knallpulver till det svenska atombombsprogrammet men den togs aldrig i drift pga att vi sket i att göra någon bomb och reaktorn fanns ha allvarliga säkerhetsbrister. Innan dess hade Ågestareaktorn tuffat 1963-74 hade bl a det syftet också.)

Som några redan nämnt så har grafitmodererade reaktorer sina tillkortakommanden när det gäller säkerheten. Bland annat har grafitmodererade reaktorer ingen naturlig broms då reaktionen går överstyr.
Om kärnreaktionen av någon anledning börjar öka okontrollerat innebär det varmare kärna, vilket därmed också resulterar i en allt varmare moderator.

I en vattenmodererad reaktor innebär det att vattnet värms och förångas, och eftersom vattenånga har betydligt sämre modereringsförmåga än vatten så blir resultatet att färre och färre neutroner modereras ju varmare reaktorn blir. Detta fungerar därför som en sorts broms som alltid finns där, oavsett om exempelvis kylsystemen ligger nere. (Sedan innebär det naturligtvis inte att allt är frid och fröjd, eftersom man inte bara nöjer sig med att kärnreaktionen stoppas utan även vill förhindra härdsmälta, läckage och skador av alla de slag.

Grafiten har däremot den omvända egenskapen. Ju varmare grafiten blir, desto bättre blir dess modereringsförmåga, och därmed blir även effekten den omvända - nämligen att en grafitmodererad reaktor som börjat skena snarare hjälps på traven av moderatorn. Detta är ingen höjdare ur säkerhetssynpunkt...

Sedan har naturligtvis grafitreaktorer andra fördelar även ur ett fredligt perspektiv, bland annat har grafit betydligt bättre termisk ledningsförmåga, vilket innebär mindre energiförluster och därmed högre verkningsgrad på reaktorn. Om jag inte misstar mig är det dock jobbigare ur korrosionssynpunkt med grafit som moderator jämfört med vatten...

Än värre är nog ändå Ignalina som ligger i Litauen, en grafitmodererad reaktor mycket lik den i Tjernobyl men med runt 50% högre effekt. (Ignalina var en RBMK-1500, medan Tjernobyl var av modellen RBMK-1000)
Verket stängdes dock vid årsskiftet 2009/2010 efter rejäla påtryckningar från övriga Europa. Jämfört med Tjernobyl ligger Ignalina praktiskt tagit i vår bakgård.

Att grafiten är brandfarlig är heller ingen höjdare.

Men ryssarnas RBMK verkar har funkat rätt skapligt. Trots alla tillkortakommanden har de tuffat och gått.

Mestadels rätt men det jag fetmarkerat är inte helt klockrent. Kärnreaktioner bryr sig inte om temperatur om vi tittar på atomär nivå. Det är inte att grafiten blir varm som leder till ökad moderering, instabil drift och som värst en skenande reaktor.

Glöm grafiten för ett ögonblick. Vid stabil drift finns vatten i vätskeform i tuberna mellan grafitblocken. Det vattnet absorberar en del neutroner som då aldrig når fram till grafiten. De neutronerna blir aldrig modererade av grafiten och bidrar inte till fler klyvningar av uranet. När vattenkokningen ökar finns plötsligt inte den stora vattenmassan där, fler snabba neutroner når fram till grafiten, modereras och flyger iväg för att klyva ännu en uranatom. Det bl a ger upphov till vad som kallas positiv voidkoefficient, en reaktor som ökar i effekt med ökad avkokning av vatten. Inte så säker konstruktion.

Detta gäller inte alla grafitmodererade reaktorer men den sovjetiska RBMK:n.

Bra termisk ledningsförmåga säger inget om verkningsgraden på en reaktor. Mest avgörande är ångtemperaturen till turbinen och kondensortemperaturen. Kollar vi med verkliga data för t ex Tjernobylreaktorerna så ligger de på ganska exakt samma verkningsgrad som våra svenska BWR.

Även det trodde jag till för ett par år sedan. Det är tydligen otroligt svårt att få fjutt på grafit av reaktorkvalitet. Det som låg och brann på taket till den olycksaliga Tjernobyl reaktor 4 var troligen annat material t ex själva bränslet. Kanske kan ha brunnit lite grafit någonstans men bara lite.

Although most reports on the Chernobyl accident refer to a number of graphite fires, it is highly unlikely that the graphite itself burned. According to the General Atomics website (http://gt-mhr.ga.com/safety.php): "It is often incorrectly assumed that the combustion behavior of graphite is similar to that of charcoal and coal. Numerous tests and calculations have shown that it is virtually impossible to burn high-purity, nuclear-grade graphites." On Chernobyl, the same source states: "Graphite played little or no role in the progression or consequences of the accident. The red glow observed during the Chernobyl accident was the expected color of luminescence for graphite at 700°C and not a large-scale graphite fire, as some have incorrectly assumed.

Källa: http://www.world-nuclear.org/info/chernobyl/inf07.html

Lite Youtubegodis där en kille sätter en acetylensvets mot reaktorgrafit: http://www.youtube.com/watch?v=PqmuVaHpw-Y (Glöder men antänds inte.)

Fixade lite för att vara petig. Bränsletemperaturen är viktig eftersom dopplerfeedbacken måste vara negativ i en reaktor (vilket vanligtvis inte är något problem).

Ytterligare en aspekt att ta i beaktande med grafit (och som har ställt till med avsevärda problem innan man kom på vad det hela handlade om) är att ämnet har en tendens att bygga upp inre energi i form av defekter i kristallgittret. Defekterna blir fastlåsta av punktdefekter och olika former av domänväggar ända tills temperaturen överstiger en kritisk temperatur (som beror på bl.a. renhet och mängden bunden energi) då alla defekter "laddas ur" samtidigt och frigör den bundna energin, ofta på ett katastrofalt sätt om det sker okontrollerat. Knepet är att göra det kontrollerat, lite pö om pö, eller att hela tiden hålla temperaturen över den kritiska.

Intressant. Där hade jag fel. Ett av argument mot kulbäddsreaktorn är att man kan få brand om man får in syre i primärkretsen.

Verkar vara ett irrelevant argument.