Nükleer reaktör tasarımı: Değiştirilebilir çekirdeklerle tuz aşınması yeniliyor

Amerika’daki büyük teknoloji şirketleri, enerji açlığı çeken yapay zekayı beslemek için gelişmiş nükleer güce milyarlar yatırıyor. Atlantik’in diğer tarafında ise Avrupalı bilim insanları bu teknolojinin en büyük mühendislik dertleriyle uğraşıyor: korozif sıvı tuz.

Hollandalı girişim Thorizon, araştırma enstitüsü TNO ile iş birliği yaptı. Birlikte, deney amaçlı malzeme programını başlattılar.

Amaç oldukça basit. Molten salt (sıvı tuz) reaktörlerinin içinde dayanabilecek, başarısızlığa uğramayan metaller bulmaları gerekiyor. Erken testler zaten Petten ve Amsterdam’da başladı.

Sıvı tuz reaktörlerine artan talep

Sıvı tuz reaktörleri, neredeyse atmosferik basınçta çalışır ve güç kesintisi durumunda pasif güvenlik mekanizmalarına dayanır. Ayrıca, ABD’deki geleneksel ticari reaktörlere kıyasla çok daha az uzun ömürlü atık üretmek için yapılandırılabilirler. Bu özellikler onları veri merkezleri ve sürekli elektrik gücüne ihtiyaç duyan ağır sanayi için cazip kılıyor.

Oysa iç ortamları düşmandır. Sıvı yakıt tuzları, çoğu zaman 1.000 Fahrenheit’in üzerinde yoğun sıcaklıklarda çalışır. Zamanla bu karışım yapısal metalleri aşındırırken, radyasyon da onları içeriden zayıflatır.

Thorizon, bu sorunla sonsuza kadar mücadele etmek yerine etrafından dolaşmayı planlıyor. Geleneksel reaktörler, yarım asır dayanacak şekilde inşa edilen kalıcı kaplara güvenir. Thorizon modüler bir yol izliyor. Sıvı tuzu kendi kendine kapanan kartuşların içine mühürlüyor. Operatörler her beş ile on yıl arasında eski üniteleri çıkarıp yerine yenilerini takıyor.

“Kartuş tasarımımız, malzeme aşınmasını yönetilebilir bir mühendislik zorluğu haline getiriyor,” diyor Thorizon’un genel müdürü Kiki Lauwers. Yeni deneylerin, regülatorlere ve operatörlere kartuş ömürleri konusunda sağlam veri sağlayacağını belirtiyor.

“Bu program, bu tasarımı doğrulamak için gereken bağımsız kanıtları sağlayacak ve regülatorlere ile operatörlere malzeme performansı ve kartuş ömrü konusunda güven verecek,” diye ekliyor Lauwers.

Gerilim deneylerinin yürütülmesi

Güvenlik ajansları, gelişmiş reaktör tasarımlarına lisans vermeden önce katı deneysel kanıt talep eder. TNO, gerilim deneylerini yürütecek, aşınma hızlarını simüle edecek ve bu alaşıların zamanla nasıl dayanığını göstermek için başarısızlık noktalarını izleyecek.

“Bu yenilikler, güçlü bilimsel kanıtlara dayandırılmadan kavramdan yayılıma ancak o zaman ilerleyebilir,” diyor TNO’nun genel müdürü Tjark Tjin-A-Tsoi.

Bulgular, Thorizon’un Petten’deki PIONEER deney reaktörünün güvenlik lisanslamasını destekleyecek. Daha sonra ise şirketin planlı ticari modeli olan Thorizon One’u temelecekler.

Hollandalı iki grup, çalışmayı sınırları aşarak genişletiyor. Delft Teknoloji Üniversitesi, NRG PALLAS, Fransız atom ajansı CEA ve Avrupa Komisyonu’nun Ortak Araştırma Merkezi gibi ortakları işe katıyorlar.

Sürekli temel yük enerjisine ihtiyaç

Bu girişim, elektrik şebekelerinin hiç görülmemiş taleple karşı karşıya olduğu bir anda hayata geçiyor. Hem Kuzey Amerika’da hem de Avrupa’da temiz elektrifikasyon ve dijital altyapı, rüzgar ve güneş gibi yenilenebilir eklemeleri geride bırakıyor. Modern şebekeler yine de gün gece sürekli akan temel yük enerjisine ihtiyaç duyuyor.

Bu açığı kapatmaya yardımcı olmak için Hollanda, 2050’ye kadar 7 gigawatt nükleer kapasite kurmayı hedefliyor Küçük modüler reaktörler bu planın merkezinde yer alıyor. Yetkililer, doğrudan fabrikalara ve sunucu çiftliklerine bağlanabilecek kompakt tesisler istiyor.

Petten’deki deneyler başarılı olursa, Thorizon’un değiştirilebilir çekirdeği net bir ileri yol sunabilir. Malzemelerin işe yaradığının kanıtlanması, sıvı tuzu nihayet bir laboratuvar vaadi ticari gerçekliğe dönüştürebilir.