Anonim

Fitur: Reaktor nuklir kecil modular - masa depan energi?

EnvironmentFeature

David Szondy

17 Februari 2012

8 gambar

Gizmag mengambil pandangan mendalam pada reaktor nuklir modular kecil dan bertanya-tanya apakah mereka memegang kunci untuk memecahkan tantangan energi dan limbah nuklir dunia (Foto: Shutterstock)

Tahun ini adalah tahun bersejarah untuk tenaga nuklir, dengan reaktor pertama yang memenangkan persetujuan pemerintah AS untuk konstruksi sejak tahun 1978. Beberapa orang telah melihat pencahayaan hijau dari dua reaktor Westinghouse AP1000 yang akan dibangun di Georgia sebagai awal dari kebangkitan kembali tenaga nuklir di Barat, tetapi ini mungkin fajar palsu karena masalah yang menimpa reaktor konvensional. Mungkin ketika ledakan baru dalam tenaga nuklir datang, itu tidak akan dipimpin oleh instalasi gigawatt raksasa, tetapi oleh baterai reaktor modular kecil (SMR) dengan prinsip yang sangat berbeda dari generasi sebelumnya. Tetapi meskipun teknologi dengan keragaman dan potensi yang besar, banyak rintangan menghalangi jalannya. Gizmag mengambil pandangan mendalam tentang berbagai bentuk SMR, kelebihan mereka, dan tantangan yang harus mereka atasi.

Secara global, ada permintaan listrik yang terus meningkat yang murah, andal dan berlimpah. Ada juga kebutuhan yang meningkat untuk mencari sumber energi yang tidak bergantung pada berbisnis dengan negara-negara yang bermusuhan atau tidak stabil. Pada saat yang sama, kekhawatiran baru-baru ini atas pemanasan global telah mengakibatkan banyak pemerintah menjanjikan negara mereka untuk mengurangi jumlah karbon dioksida yang mereka hasilkan dan peraturan lingkungan baru yang ketat mengancam untuk menutup pembangkit listrik tenaga batubara di seluruh Eropa dan Amerika Serikat. Harapannya adalah bahwa investasi besar-besaran dalam teknologi alternatif seperti tenaga surya dan angin akan menggantikan pemotongan ini dalam menghasilkan kapasitas, tetapi ketidakefisienan dan sifat intermiten dari teknologi ini membuat jelas bahwa sesuatu dengan kapasitas dan keandalan batubara dan gas alam dibutuhkan. Nuklir, dengan kata lain.

Masalahnya adalah bahwa energi nuklir adalah kentang panas politik pepatah - bahkan pada hari-hari awal ketika sumber energi baru meledak ke kancah dunia. Jumlah energi yang sangat besar yang terkunci di atom memegang janji masa depan seperti sesuatu yang keluar dari Arabian Nights teknologi. Ini akan menjadi dunia di mana listrik terlalu murah untuk diukur, gurun akan mekar, kapal akan mengelilingi Bumi dengan seonggok bahan bakar seukuran bola bisbol, pesawat terbang selama berbulan-bulan tanpa mendarat, orang sakit akan disembuhkan dan bahkan mobil akan menjadi bertenaga atom. Tetapi meskipun tenaga nuklir memang membawa perubahan luar biasa di dunia kita, dalam peran utamanya, menghasilkan listrik untuk rumah dan industri, itu berakhir sebagai lebih sedikit keajaiban dan lebih banyak cara yang sangat rumit air mendidih.

Tidak hanya rumit, tetapi mahal dan berpotensi berbahaya. Meskipun ratusan reaktor dibangun di seluruh dunia dan beberapa negara, seperti Perancis, menghasilkan sebagian besar listrik mereka dari itu, tenaga nuklir telah menghadapi pertanyaan berkelanjutan atas biaya, keamanan, pembuangan limbah dan proliferasi. Seratus empat PLTN menyediakan Amerika Serikat dengan 20 persen kekuatan negara, tetapi izin bangunan belum dikeluarkan sejak tahun 1978 dengan tidak ada reaktor baru yang mulai beroperasi sejak tahun 1996 dan setelah keributan dari gerakan lingkungan. setelah kecelakaan nuklir di Three Mile Island, Chernobyl dan Fukushima, sepertinya tidak mungkin lagi akan disetujui - hingga sekarang. Penentangan domestik yang sengit terhadap tenaga nuklir ini telah menyebabkan banyak pemerintah mengambil sikap yang hampir skizofrenia mengenai atom.

Jerman, misalnya, memutuskan untuk meninggalkan kekuatan nuklir sepenuhnya demi energi alternatif, tetapi kemudian musim dingin yang parah pada tahun 2011-12 menjadi sangat dingin sehingga Danube membeku dan Berlin harus meletakkan beberapa reaktor mothballed kembali ke layanan. Penentangan ini juga berarti bahwa banyak negara-negara Barat memiliki kekurangan insinyur nuklir karena banyak yang melihatnya sebagai industri sekarat yang tidak layak masuk ke dalamnya. Ini sangat akut di Amerika Serikat dan Inggris, yang keduanya tidak memiliki kapasitas untuk membangun kapal reaktor besar dan harus menyalurkan ini ke produsen luar negeri.

Lebih buruk lagi, tenaga nuklir menderita karena ledakan gas alam yang disebabkan oleh teknik pengeboran baru dan fracking yang membuka ladang gas baru yang luas di Barat dan menjatuhkan harga gas ke titik di mana batu bara dan nuklir mengalami kesulitan mencocokkannya.

Tenaga nuklir tradisional: pembangkit listrik tenaga nuklir Tricastin di Perancis

Dan uang adalah salah satu masalah utama yang dihadapi kebangkitan kembali tenaga nuklir. Sampai sekarang, jenis reaktor yang digunakan untuk menghasilkan listrik cenderung ke arah raksasa dengan reaktor mencapai tingkat output gigawatt. Dengan tanaman yang besar, kecil mengherankan bahwa biaya konstruksi yang dikombinasikan dengan memperoleh izin, mengamankan asuransi dan memenuhi tantangan hukum dari kelompok lingkungan hidup dapat mendorong biaya pembangkit listrik konvensional menuju sebanyak US $ 9 miliar. Ini juga berarti waktu pembangunan yang sangat panjang selama sepuluh atau lima belas tahun. Ini tidak dibantu oleh fakta bahwa pabrik nuklir dirancang khusus dari awal dalam latihan multi-miliar dolar dalam menciptakan kembali roda. Dengan begitu banyak waktu dan uang yang terlibat, perubahan peraturan yang tidak terduga atau penemuan sesuatu seperti kesalahan geologis di bawah situs reaktor dapat membuat kasus ini menempatkan banyak telur yang sangat mahal dalam keranjang yang sangat tidak aman.

Lalu ada masalah keamanan. Desain reaktor lebih aman hari ini daripada sebelumnya. Kecelakaan Fukushima terjadi karena reaktor Fukushima adalah desain yang sangat tua - setua reaktor tertua Amerika yang aktif. Jika gempa dan tsunami yang melanda Fukushima telah menabrak reaktor modern, bencana itu mungkin tidak akan pernah terjadi. Namun, reaktor konvensional besar masih memiliki masalah keamanan karena memerlukan waktu reaksi yang sangat cepat untuk mencegah kerusakan jika terjadi kecelakaan. Kecelakaan dapat berkembang sangat cepat dalam reaktor sehingga operator harus bertindak dalam beberapa jam, bahkan mungkin menit. Jika kecelakaan meleleh terjadi, sejumlah besar bahan bakar dalam reaktor berarti banyak bahan radioaktif dilepaskan ke atmosfer. Itu membuat waktu menjadi elemen penting.

Bahan bakar uranium yang diperkaya yang digunakan dalam reaksi konvensional juga menimbulkan masalah bagi proliferasi senjata nuklir. Berlawanan dengan kepercayaan populer, uranium yang digunakan dalam reaktor dan bahkan plutonium yang dihasilkan beberapa reaktor tidak berguna untuk membuat bom nuklir (rasio isotop semuanya salah), tetapi proses yang diperlukan untuk memproduksi bahan bakar nuklir dan bahan bom hampir sama persis. Jadi, meskipun reaktor konvensional mungkin bukan ancaman proliferasi, pengayaan tanaman yang melayani mereka.

Reaktor Modular Kecil

Salah satu cara untuk mengatasi banyak masalah ini adalah melalui pengembangan reaktor modular kecil (SMR). Ini adalah reaktor yang mampu menghasilkan sekitar 300 megawatt listrik atau kurang, yang cukup untuk menjalankan 45.000 rumah AS. Meskipun kecil, SMR adalah reaktor yang tepat. Mereka sangat berbeda dari generator radio-termal (RTG) yang digunakan dalam pesawat ruang angkasa dan mercusuar terpencil di Siberia. Reaktor nuklir seperti SMR menggunakan pembelahan nuklir terkendali untuk menghasilkan tenaga sementara RTG menggunakan peluruhan radioaktif alami untuk menghasilkan generator termoelektrik yang relatif sederhana yang hanya dapat menghasilkan, paling banyak, sekitar dua kilowatt.

Dalam hal daya, RTGs setara dengan baterai sementara reaktor nuklir kecil hanya "kecil " bila dibandingkan dengan reaktor konvensional. Mereka hampir tidak seperti yang akan Anda simpan di garasi. Pada kenyataannya, pembangkit listrik SMR akan mencakup area pusat perbelanjaan kecil. Namun, instalasi semacam itu tidak terlalu besar karena pembangkit listrik pergi dan reaktor yang hanya menghasilkan 300 megawatt mungkin tidak sepadan dengan investasi, tetapi Departemen Energi AS menawarkan US $ 452 juta dalam dana pendamping untuk mengembangkan SMR dan investor swasta seperti Bill Gates Foundation dan perusahaan Babcock dan Wilcox memasang uang untuk proyek-proyek reaktor modular mereka sendiri.

Terobosan berusia 60 tahun

Salah satu alasan bagi pemerintah dan industri swasta untuk menaruh minat pada SMR adalah mereka telah berhasil dipekerjakan lebih lama dari yang disadari oleh kebanyakan orang. Faktanya, ratusan orang mengepul di seluruh dunia di dalam lambung kapal selam nuklir dan kapal perang lainnya selama enam puluh tahun. Mereka juga telah digunakan dalam kapal dagang, pemecah es dan sebagai penelitian dan reaktor isotop medis di universitas. Bahkan ada satu yang dipasang di Antartika di McMurdo Station dari tahun 1962 hingga 1972. Sekarang ini sedang dipertimbangkan untuk penggunaan domestik.

Kasus untuk SMR

SMR memiliki sejumlah keunggulan dibandingkan reaktor konvensional. Untuk satu hal, SMR lebih murah untuk dibuat dan dijalankan. Ini membuat mereka sangat menarik bagi negara-negara miskin yang kekurangan energi; komunitas kecil, tumbuh yang tidak memerlukan tanaman skala penuh; dan lokasi terpencil seperti tambang atau pabrik desalinasi. Sebagian alasannya adalah reaktornya lebih kecil. Lain adalah bahwa, tidak perlu dirancang khusus dalam setiap kasus, reaktor dapat distandardisasi dan beberapa jenis dibangun di pabrik-pabrik yang mampu menggunakan skala ekonomi. Aspek yang dibangun pabrik juga penting karena pabrik lebih efisien daripada konstruksi di tempat oleh sebanyak delapan hingga satu dalam hal membangun waktu. Konstruksi pabrik juga memungkinkan SMR yang akan dibangun, dikirim ke situs, dan kemudian dikembalikan ke pabrik untuk dibongkar pada akhir masa layanan mereka - menghilangkan masalah utama dengan reaktor konvensional lama, yaitu bagaimana membuangnya.

SMR juga menikmati fleksibilitas desain yang bagus. Reaktor konvensional biasanya didinginkan oleh air - banyak air - yang berarti bahwa reaktor perlu ditempatkan di dekat sungai atau garis pantai. SMR, di sisi lain, dapat didinginkan oleh udara, gas, logam titik leleh rendah atau garam. Ini berarti bahwa SMR dapat ditempatkan di daerah terpencil, pedalaman di mana tidak mungkin untuk menempatkan reaktor konvensional.

Keamanan

Sistem pendingin ini sering pasif. Dengan kata lain, ia lebih bergantung pada sirkulasi alami dari medium pendingin di dalam labu penampung reaktor daripada pada pompa. Pendinginan pasif ini adalah salah satu cara yang SMRs dapat meningkatkan keselamatan. Karena reaktor modular lebih kecil dari yang konvensional, mereka mengandung lebih sedikit bahan bakar. Ini berarti bahwa tidak ada massa yang akan terpengaruh jika kecelakaan terjadi. Jika seseorang terjadi, ada bahan radioaktif yang lebih sedikit yang dapat dilepaskan ke lingkungan dan membuatnya lebih mudah untuk merancang sistem darurat. Karena mereka lebih kecil dan menggunakan lebih sedikit bahan bakar, mereka lebih mudah untuk mendinginkan secara efektif, yang sangat mengurangi kemungkinan kecelakaan bencana atau kehancuran di tempat pertama.

Ini juga berarti bahwa kecelakaan berjalan lebih lambat dalam reaktor modular daripada yang konvensional. Dimana yang terakhir membutuhkan respon kecelakaan dalam hitungan jam atau menit, SMR dapat direspons dalam beberapa jam atau hari, yang mengurangi kemungkinan kecelakaan yang mengakibatkan kerusakan besar pada elemen reaktor.

Desain SMR yang menolak pendinginan air demi gas, logam atau garam memiliki keuntungan keamanannya sendiri. Tidak seperti reaktor berpendingin air, media ini beroperasi pada tekanan yang lebih rendah. Salah satu bahaya dari pendinginan air adalah bahwa pipa yang retak atau segel yang rusak dapat meledakkan gas radioaktif seperti anti-beku dari radiator mobil yang terlalu panas. Dengan media tekanan rendah, ada sedikit kekuatan untuk mendorong gas keluar dan ada lebih sedikit tekanan yang ditempatkan pada bejana kontainmen. Ini juga menghilangkan salah satu episode yang menakutkan dari kecelakaan Fukushima di mana air di kapal rusak menjadi hidrogen dan oksigen dan kemudian meledak.

Keuntungan lain dari desain modular adalah bahwa beberapa SMR cukup kecil untuk dipasang di bawah tanah. Itu lebih murah, lebih cepat untuk membangun dan kurang invasif daripada membangun kubah penahan beton bertulang. Ada juga titik yang meletakkan reaktor di tanah membuatnya kurang rentan terhadap gempa bumi. Instalasi bawah tanah membuat reaktor modular lebih mudah untuk mengamankan dan memasang di jejak yang jauh lebih kecil. Hal ini membuat SMRs sangat menarik bagi pelanggan militer yang perlu membangun pembangkit listrik untuk pangkalan dengan cepat. Instalasi bawah tanah juga meningkatkan keamanan dengan sistem canggih yang dibutuhkan lebih sedikit, yang juga membantu menurunkan biaya.

SMRs dapat membantu dengan proliferasi, limbah nuklir dan masalah pasokan bahan bakar karena, sementara beberapa reaktor modular didasarkan pada reaktor air bertekanan konvensional dan membakar uranium yang disempurnakan, yang lain menggunakan bahan bakar yang kurang konvensional. Beberapa, misalnya, dapat menghasilkan listrik dari apa yang sekarang dianggap sebagai "limbah", membakar habis uranium dan plutonium yang tersisa dari reaktor konvensional. Uranus yang telah habis pada dasarnya adalah U-238 dari mana U-235 yang mungkin telah dikonsumsi. Ini juga jauh lebih berlimpah di alam daripada U-235, yang memiliki potensi menyediakan dunia dengan energi selama ribuan tahun. Desain reaktor lainnya bahkan tidak menggunakan uranium. Sebaliknya, mereka menggunakan thorium. Bahan bakar ini juga sangat melimpah, mudah untuk diproses untuk digunakan sebagai bahan bakar dan memiliki bonus tambahan yang sama sekali tidak berguna untuk membuat senjata, sehingga dapat memberikan kekuatan bahkan ke area di mana masalah keamanan telah dibangkitkan.

Tapi masih ada titik yang mencuat bahwa reaktor modular, menurut definisi, kecil. Itu mungkin baik untuk kapal selam atau Kutub Selatan, tapi bagaimana dengan tempat yang membutuhkan lebih banyak? Apakah alternatif pembangkit nuklir konvensional? Ternyata jawabannya tidak. Reaktor modular tidak perlu digunakan secara tunggal. Mereka dapat diatur dalam baterai lima atau enam atau bahkan lebih, menyediakan kekuatan sebanyak yang dibutuhkan suatu area. Dan jika satu unit perlu diambil jalur untuk perbaikan atau bahkan penggantian, itu tidak mengganggu operasi yang lain.

Jenis reaktor modular

Mari kita lihat sekarang di beberapa jenis utama reaktor modular yang sedang dikembangkan. Sebenarnya ada lebih banyak dari yang disajikan di sini, tetapi ini seharusnya memberikan penampang yang baik tentang apa yang ada di dalam pipa.

Reaktor air ringan

Sebuah reaktor air ringan modular pada dasarnya adalah versi skala kecil dari reaktor konvensional. Seperti reaktor konvensional, ia menggunakan air sebagai pendingin dan moderator neutron (yaitu, air memperlambat neutron yang dihasilkan oleh bahan bakar nuklir sehingga atom uranium memiliki kesempatan yang lebih baik untuk menyerapnya dan mendorong fisi nuklir. Trik fisi hanya memiliki cukup bahan bakar nuklir di satu tempat dengan moderator sehingga reaksinya menjadi mandiri. Insinyur sudah memiliki pengalaman puluhan tahun dengan SMRs air ringan karena ini adalah jenis yang digunakan pada kapal selam dan pemecah es, sehingga teknologi ini sudah maju dan telah memiliki banyak pengujian lapangan dalam kondisi yang sangat sulit. Bayangkan sebuah pembangkit listrik tenaga nuklir yang harus dapat beroperasi dengan aman karena dilemparkan di laut ketika disegel di dalam lambung kapal selam dan Anda dapat melihat tantangan menakutkan yang telah diatasi.

Reaktor air ringan kecil tidak seefisien sepupu mereka yang lebih besar, tetapi mereka memiliki sejumlah keunggulan. Uap diproduksi di pembangkit nuklir dengan melewatkan satu putaran air pendingin dari reaktor melalui generator uap, yang merupakan bejana terpisah yang diisi dengan pipa melingkar. Air pendingin panas masuk ke generator dan saat mengalir melalui pipa, koil kedua diisi air dipanaskan oleh air dari reaktor. Ini berubah menjadi uap, yang mengubah turbin yang mengubah dinamo. Pada reaktor konvensional, sebagian besar tipe memiliki pembangkit uap di luar bejana reaktor. Dengan SMRs air ringan, generator uap dapat ditempatkan di dalam bejana. Ini tidak hanya membuat reaktor lebih kompak dan mandiri, tetapi juga membuatnya jauh lebih aman. Salah satu masalah umum dalam reaktor adalah kebocoran air radioaktif saat ia berjalan dari reaktor ke pembangkit uap. Dengan pembangkit uap di dalam bejana reaktor, ini adalah situasi yang jauh lebih aman dari hanya air / uap non-radioaktif yang masuk dan keluar dari bejana reaktor.

SMR Westinghouse

The Westinghouse SMR adalah versi miniatur reaktor AP1000 mereka. Tapi di mana AP1000 menghasilkan 1.154 megawatt dan membutuhkan tanaman seluas 50 acre (20 ha), SMR Westinghouse hanya membutuhkan 15 (6 ha), menempatkan 225 megawatt dan dapat dibangun dalam 18 bulan dibandingkan dengan beberapa tahun. Reaktor dan bejana penahanan berdiameter 89 kaki (27 m) dan 32 kaki (9, 8 m), yang membuatnya cukup ringkas untuk dibangun dan dikirim oleh kereta api ke lokasi. Bahan bakarnya adalah uranium standar yang diperkaya yang perlu diservis setiap dua tahun, tetapi sistem pendingin pasif reaktor bergantung pada sirkulasi alami air daripada pompa, yang berarti bahwa bahkan jika terjadi kerugian daya lengkap, seperti yang dialami Fukushima, SMR Westinghouse dapat berlangsung hingga seminggu tanpa perlu intervensi operator untuk mencegah kerusakan.

mPower

Didukung oleh Babcock dan Wilcox, mPower didasarkan pada desain reaktor Angkatan Laut AS dan menghasilkan 160 megawatt ketika kondensor sistem didinginkan oleh air, tetapi dapat didinginkan udara juga, meskipun dengan output daya yang lebih rendah. Ketinggian lima meter (23 m) tinggi dan 14 kaki (4, 3 m) dengan diameter, mPower dirancang untuk dibangun di pabrik, dipasang di rel dan dipasang di bawah tanah. Seperti SMR Westinghouse, mPower menggunakan sistem pendingin pasif dan generator uap integral dengan reaktor. Tidak seperti SMR Westinghouse, mPower hanya perlu mengisi bahan bakar setiap empat tahun dan prosesnya hanya mengganti seluruh inti, yang dimasukkan seperti kartrid. Reaktor ini memiliki usia pakai 60 tahun dan dirancang untuk menyimpan bahan bakarnya yang dihabiskan di lokasi untuk jangka waktu tersebut.

NuScale

NuScale tampaknya praktis kecil dengan output hanya 45 megawatt, tetapi itu dimaksudkan untuk dipasang dua belas pada suatu waktu untuk menyediakan hingga 540 megawatt. Ini masing-masing ditempatkan di kolam air bawah tanah dan masing-masing unit didinginkan oleh sirkulasi alami. Karena ini, tidak ada pompa dan satu-satunya bagian yang bergerak dalam reaktor adalah yang digunakan untuk mengoperasikan batang kendali. Ketika saatnya untuk mengisi bahan bakar, reaktor dikeluarkan dari kolamnya oleh derek di atas dan dibawa ke bagian lain fasilitas.

Reaktor gas berpendingin suhu tinggi

Seperti yang disiratkan oleh istilah, reaktor berpendingin gas menggunakan gas sebagai pengganti air sebagai media pendingin reaktor. Dalam reaktor modern gas ini biasanya helium karena elemen inert yang tidak bereaksi dengan bahan lain, namun adalah pendingin yang sangat baik (hanya meminta penyelam laut dalam campuran apapun dan dia akan memberitahu Anda mengapa memiliki tabung pemanas di baju mereka saat menghirup helium). Ini penting karena, tidak menggunakan air, moderator untuk reaksi nuklir adalah inti grafit, yang mudah terbakar. Ini beroperasi pada tekanan yang relatif rendah dan suhu gas tinggi hingga 1.800 derajat F (1.000 derajat C) dan gas baik menggerakkan turbin secara langsung atau melalui generator uap. Jenis reaktor ini memiliki keunggulan keselamatan karena cara desainnya membuat reaksi nuklir mengatur dirinya sendiri. Ketika reaktor semakin panas, reaksi akan melambat dan reaktor mendingin. Ini juga cocok untuk skala yang lebih kecil untuk memungkinkan pembangunan pabrik dan instalasi bawah tanah.

GT-MHR

Dibangun oleh kemitraan yang dipimpin oleh General Atomics, reaktor GT-MHR memiliki kapasitas 285 megawatt dan juga dapat digunakan untuk memproduksi 100.000 ton gas hidrogen per tahun. Ini memiliki perbedaan yang menarik untuk bisa berlari di plutonium senjata-kelas. Alasan untuk ini adalah bahwa GT-MHR awalnya dirancang untuk membantu membuang hulu ledak nuklir Soviet setelah berakhirnya Perang Dingin. Ini juga berfungsi untuk menyoroti aplikasi praktis dari kemampuan SMR untuk membakar bahan bakar nuklir alternatif.

Reaktor neutron cepat

Dalam reaktor-reaktor konvensional, netron diperlambat oleh moderator seperti air, karbon atau helium sehingga atom uranium memiliki peluang lebih besar untuk menyerapnya dan memulai fisi. Reaktor neutron cepat mengelola reaksi fisi yang sama kecuali ia melakukannya dengan memantulkan neutron yang bergerak cepat kembali ke uranium dalam jumlah besar dan dengan demikian meningkatkan kemungkinan fisi. Ini memiliki keuntungan memungkinkan reaktor menjadi sangat sederhana dalam desain (dan karenanya lebih kecil) dan menggunakan bahan bakar yang diperkaya, torium atau bahkan limbah nuklir sebagai bahan bakar.

Ada dua jenis sistem neutron cepat yang digunakan dalam desain SMR saat ini. Yang pertama adalah lilin, breed-burn atau reaktor gelombang-bepergian. Yang kedua, reaktor gelombang berdiri.

Nama "lilin " untuk varietas pertama berasal dari fakta bahwa itulah yang menyerupai bahan bakar. Sederhananya, itu adalah lempengan besar uranium yang terkuras dengan steker uranium yang diperkaya yang terjebak di salah satu ujungnya. Ketika reaksi nuklir dimulai, uranium yang diperkaya "menyalakan " pelat dengan memulai reaksi yang mengubah U-238 menjadi Pu-239, sebuah isotop plutonium yang dapat membelah dan menghasilkan tenaga. Reaksi ini membakar sepanjang lempengan sekitar satu sentimeter per tahun, menciptakan dan membakar plutonium seiring berjalannya. Ini adalah proses yang dapat memakan waktu bertahun-tahun, bahkan beberapa dekade, karena reaktor memudar pada suhu sekitar 1.000 derajat F (550 derajat C) sementara didinginkan oleh natrium cair, timbal atau paduan timah-bismuth.

Versi lain disebut "gelombang berdiri, " dan prinsipnya sama, kecuali bukan lempengan besar, reaktor terdiri dari batang bahan bakar U-238 dan reaksi dimulai di tengah. Ketika reaksi berlangsung keluar, batang yang dihabiskan dirapikan kembali oleh operator sampai semua bahan bakar dikonsumsi. Hasilnya adalah bahwa reaktor gelombang berjalan menggunakan bahan bakar lebih efisien dan dapat berjalan selama 60 tahun tanpa pengisian bahan bakar. Secara teoritis, itu bisa berlangsung selama 200 tahun.

Dengan tipe apa pun, mereka juga tidak biasa karena mereka tidak memiliki moderator, mengandalkan pendinginan pasif, dapat dibangun di pabrik dan tidak memiliki bagian yang bergerak. Mereka sangat dekat dengan plug and play seperti yang bisa didapat oleh reaktor nuklir.

Hyperion

Hyperion adalah reaktor modular yang sangat kecil yang hanya menghasilkan 25 megawatt, tetapi apa yang kurang dalam kekuasaan itu membuat dalam portabilitas. Bejana reaktor hanya setinggi 8 kaki (2, 5 m) dan diameter 5 kaki (1, 5 m), tidak memiliki bagian yang bergerak dan dapat berjalan selama sepuluh tahun tanpa pengisian bahan bakar. Ketika pengisian bahan bakar diperlukan, reaktor dikembalikan ke pabrik dan diganti dengan cara botol gas. Konfigurasi ini tidak hanya memungkinkan untuk membangun pembangkit listrik multi-reaktor, tetapi reaktor individu juga dapat digunakan untuk aplikasi seperti menyediakan panas untuk mengekstrak minyak dari tempat tidur serpih, uap untuk keperluan industri dan menjalankan pabrik desalinasi.

PRISMA

Power Reactor Innovative Small Module (PRISM) adalah desain GE-Hitachi. Ini natrium didinginkan, dipasang di bawah tanah dan menghasilkan 311 megawatt dengan pengisian bahan bakar setiap enam tahun. Kemampuannya untuk membakar plutonium dan uranium yang habis membuatnya sangat menarik bagi Inggris, yang bernegosiasi untuk memiliki dua dipasang di fasilitas nuklir Sellafield di mana mereka akan digunakan untuk membakar tumpukan limbah nuklir. Ini lebih dari sekadar solusi pembuangan limbah. Diperkirakan jika ini berhasil, limbah dapat memberikan listrik ke Inggris selama 500 tahun.

Reaktor garam cair

Pada tipe SMR ini, pendingin dan bahan bakar adalah satu di dalam yang sama. Pendingin adalah campuran dari garam lithium dan berilium fluoride. Dalam hal ini terlarut bahan bakar, yang dapat diperkaya uranium, thorium atau U-233. Larutan garam cair ini melewati tekanan yang relatif rendah dan suhu 1.300 derajat F (700 derajat C) melalui inti moderator grafit. Ketika bahan bakar terbakar, produk-produk limbah dikeluarkan dari larutan dan bahan bakar segar ditambahkan.

Flibe

Flibe (Garam fluorida dari Lithium dan Berilium) adalah semacam reaktor dalam kotak. Militer AS ingin mengembangkan reaktor kecil yang dapat dengan mudah diatur di pangkalan-pangkalan terpencil. Untuk mencapai tujuan ini, Flibe dirancang di sekitar pembangkit listrik yang mengemas ke satu set kontainer kargo. Idenya adalah menempelkan reaktor di tanah, menyiapkan mesin pembangkit dan menutupnya dengan bangunan. Yang terakhir tidak perlu seperti bangunan penahanan reaktor konvensional karena reaktor tidak hanya dipanaskan secara pasif, tetapi juga dilengkapi dengan sumbat garam yang perlu didinginkan secara aktif setiap saat. Jika reaktor mengalami kerusakan dan reaktor mulai terlalu panas, sumbat mencair dan campuran garam / bahan bakar cair mengalir keluar ke tangki pembuangan. Output daya dinilai pada 20 hingga 50 megawatt dan menggunakan U-233 dan thorium untuk bahan bakar. Ini tidak hanya menghilangkan masalah proliferasi (baik U-233 maupun thorium sama sekali tidak cocok untuk senjata), tetapi juga membuka sumber energi yang murah dan mudah didapat.

Tantangan tetap ada

Sama mengesankannya dengan banyak suara reaktor ini, kebanyakan dari mereka masih dalam satu tahap atau yang lain dari pengembangan atau persetujuan. Masih jauh dari sana untuk menyalakan saklar dan melihat lampu menyala. Sebagian besar desain ini memiliki akar yang kembali lebih dari setengah abad.

Pada 1950-an, Admiral Hyman Rickover, arsitek armada nuklir AS, menunjukkan bahwa reaktor riset kecil, prekursor SMR, memiliki banyak keuntungan. Mereka sederhana, kecil, murah, ringan, mudah dibangun, sangat fleksibel dalam desain dan membutuhkan pengembangan yang sangat sedikit. Di sisi lain, reaktor praktis harus dibangun sesuai jadwal, membutuhkan sejumlah besar pengembangan yang dihabiskan untuk "hal-hal yang tampaknya remeh", mahal, besar, berat dan rumit. Dengan kata lain, ada kesenjangan besar antara apa yang dijanjikan oleh teknologi dalam fase desain dan apa yang akhirnya berakhir setelah dibangun.

Begitu pula dengan stabil SMR saat ini. Banyak yang menjanjikan, tetapi mereka belum membuktikan diri. Juga, mereka mengajukan banyak pertanyaan. Akankah SMR membutuhkan lebih sedikit orang untuk menjalankannya? Apa parameter keamanannya? Apakah mereka akan memenuhi peraturan saat ini? Akankah peraturan perlu diubah agar sesuai dengan sifat SMR? Apakah zona evakuasi, cakupan asuransi atau standar keamanan perlu diubah? Bagaimana dengan peraturan tentang gempa bumi?

Memang, dalam peraturan pemerintah bahwa reaktor modular menghadapi tantangan terbesar mereka. Apa pun fakta tentang kecelakaan nuklir dari Windscale ke Fukushima, sebagian besar masyarakat, terutama di Barat, sangat gugup tentang energi nuklir dalam bentuk apa pun. Ada lobi kuat yang menentang operasi reaktor nuklir dan peraturan yang ditulis oleh pemerintah mencerminkan keadaan ini. Sebagian besar biaya pembangunan pembangkit nuklir adalah karena memenuhi semua peraturan, menyediakan sistem keamanan dan keselamatan, dan hanya menangani semua hambatan hukum dan dokumen yang dapat memakan waktu bertahun-tahun dan jutaan dolar untuk diatasi. Reaktor modular memiliki keuntungan dibangun dengan cepat dan murah, yang membuat mereka kurang dari risiko keuangan, dan pabrik manufaktur berarti bahwa reaktor yang dimaksudkan untuk pabrik yang gagal mendapat persetujuan dapat dijual ke pelanggan lain di tempat lain. Dan beberapa SMR cukup mirip dengan reaktor konvensional sehingga mereka tidak menghadapi beban sebagai teknologi "baru " di bawah pengawasan yang skeptis. Namun, pita merah masih merupakan hal yang sangat nyata.

Hanya waktu yang akan memberitahu jika reaktor kecil menjadi pemandangan umum di jaringan listrik kita, jika jatuh di pinggir jalan seperti mimpi teknologi lainnya, atau jika itu menjadi korban buku aturan birokrat.

Flibe modular reactor dirancang untuk diangkut dalam kontainer kargo (Gambar: Flibe)

Konsep seni reaktor nuklir modular Flibe dipasang di pangkalan militer (Gambar: Flibe)

Cutaway dari instalasi reaktor Hyperion (Gambar: Hyperion Power Generation)

mPower penampang instalasi reaktor (Gambar: Babcock dan Wilcox)

Diagram reaktor NuScale (Gambar: KVDP)

Diagram SMR Westinghouse menunjukkan berbagai fitur (Gambar: Westinghouse)

Tenaga nuklir tradisional: pembangkit listrik tenaga nuklir Tricastin di Perancis

Gizmag mengambil pandangan mendalam pada reaktor nuklir modular kecil dan bertanya-tanya apakah mereka memegang kunci untuk memecahkan tantangan energi dan limbah nuklir dunia (Foto: Shutterstock)

Direkomendasikan Pilihan Editor