Tässä blogikirjoituksessa tarkastelemme Etelä-Korean ydinvoimaloiden turvallisuutta vertailemalla painevesireaktoreiden ja kiehuvavesireaktoreiden periaatteita sekä hyviä ja huonoja puolia.

Tämän artikkelin tausta ja tarkoitus

Ydinvoimalat, joita yleisesti kutsutaan "ydinvoimaloiksi", ovat olleet yleisen mielenkiinnon ja huolen kohteena useiden vuosien ajan. Erityisesti Japanissa 11. maaliskuuta 2011 tapahtuneen Fukushiman ydinonnettomuuden jälkeen säteilyvuodot ja pitkittyneet puhdistustyöt lisäsivät yleisön ahdistusta, ja huoli vastaavan onnettomuuden mahdollisesta tapahtumisesta Etelä-Koreassa levisi.
Tämän artikkelin tarkoituksena on lievittää yleisön ahdistusta vertaamalla Etelä-Koreassa pääasiassa käytettyjä reaktoreita Fukushiman voimalan reaktoreihin, joissa onnettomuus tapahtui, ja selittää selkeästi molempien reaktorijärjestelmien toimintaperiaatteet sekä edut ja haitat.

Ydinvoimaloiden nykytila ​​Etelä-Koreassa

Etelä-Koreassa oli toiminnassa yhteensä 23 ydinvoimalaa, mukaan lukien Korin yksiköt 1–4, Shin-Korin yksiköt 1–2, Wolseongin yksiköt 1–4, Shin-Wolseongin yksikkö 1, Hanbitin yksiköt 1–6 ja Hanulin yksiköt 1–6. Ydinvoimaloihin liittyvien korruptioskandaalien seurauksena Shin-Korin yksiköiden 2 ja Shin-Wolsongin yksiköiden 1 toiminta kuitenkin keskeytettiin; tällä hetkellä toiminnassa on 21 yksikköä, joiden tuottama sähkö on noin 13 miljoonaa kWh, mikä on noin 24 % sähkön kokonaistuotannosta.
Koska vaihtoehtoisia energialähteitä ei ole vielä kaupallistettu riittävästi, ydinvoimalla on edelleen keskeinen rooli Etelä-Korean sähköntuotannossa.

Reaktorien luokittelu ja keskeiset termit

Reaktorit luokitellaan ensisijaisesti jäähdytysnesteen ja moderaattorin perusteella. Vettä – yleisintä jäähdytysnestettä ja moderaattoria – käyttäviä reaktoreita kutsutaan kevytvesireaktoreiksi, kun taas raskasta vettä (deuteriumia sisältävää vettä) käyttäviä reaktoreita kutsutaan raskasvesireaktoreiksi. Jäähdytysneste on aine, joka kuljettaa sydämessä syntyvää lämpöä reaktorin jäähdyttämiseksi, ja moderaattori on aine, joka hidastaa fissioprosessin aikana vapautuvia neutroneja ketjureaktion ylläpitämiseksi.
Kevytvesireaktorit jaetaan edelleen kahteen tyyppiin höyrygeneraattorin olemassaolon tai puuttumisen perusteella. Painevesireaktori (PWR) erottaa primääri- ja sekundäärijärjestelmän höyrygeneraattorin avulla, kun taas kiehuvavesireaktori (BWR) käyttää turbiinia käyttämällä höyryä, joka syntyy suoraan reaktorin sydämessä kiehuvasta jäähdytysvedestä.

Painevesireaktorin (PWR) toimintaperiaate

Painevesireaktorit (PWR) ovat yleisin kevytvesireaktorityyppi, ja ne muodostavat noin 60 % maailman ydinreaktoreista. Ne käyttävät polttoaineena matalasti rikastettua uraani-235:tä (noin 2–5 %) ja ne on suunniteltu pitämään vesi nestemäisessä tilassa jopa noin 300 °C:n korkeissa lämpötiloissa kohdistamalla jäähdytysnesteeseen (kevytvesi) korkeaa painetta (noin 150 ilmakehää).
Primäärijärjestelmästä tuleva korkeapaineinen kuuma vesi, joka virtaa reaktorin sydämen läpi, tulee höyrynkehittimeen, jossa se lämmittää sekundäärijärjestelmän veden ja tuottaa höyryä. Tämä sekundäärijärjestelmän höyry pyörittää sitten turbiinia, joka tuottaa sähköä. Turbiinin läpi kuljettuaan höyry jäähdytetään lauhduttimessa, jossa lämpö vaihdetaan ja haihtuu meriveteen tai muuhun väliaineeseen. Tämä reaktorijärjestelmän ja turbiinijärjestelmän erottelu on painevesireaktorien tyypillinen ominaisuus.

Kiehuvan veden reaktorin (BWR) toimintaperiaate

Kiehutusvesireaktorit muodostavat noin 22 % maailman reaktoreista, ja Fukushimassa käytetty tyyppi kuuluu tähän luokkaan. Kiehutusvesireaktorit käyttävät myös polttoaineena matalasti rikastettua uraania (noin 2 %), mutta turbiinia pyörittää höyry, joka syntyy, kun jäähdytysneste kiehuu suoraan reaktorin sydämessä.
Vaikka ne ovat samankaltaisia ​​kuin painevesireaktorit siinä mielessä, että höyry tiivistyy lauhduttimessa – jossa lämpö siirtyy meriveteen tai muuhun väliaineeseen –, niillä on rakenteellinen ero: primäärijärjestelmää ja turbiinijärjestelmää ei ole erotettu toisistaan.

Painevesireaktorien ja kiehuvan veden reaktoreiden etujen ja haittojen vertailu

Yksi painevesireaktorien eduista on säätösauvojen asettamissuunta. Painevesireaktoreissa säätösauvat on usein suunniteltu asetettaviksi polttoainesauvojen yläosasta alaspäin. Tämä rakenne tarjoaa turvallisuusominaisuuden, jonka ansiosta vaikka onnettomuuden vuoksi sähköt katkeaisivat, säätösauvat laskeutuvat luonnollisesti painovoiman vaikutuksesta hidastaen fissioreaktiota. Säätösauvat on valmistettu materiaaleista, jotka absorboivat neutroneja hyvin – kuten boorista, kadmiumista ja hafniumista – fissionopeuden säätelemiseksi.
Toinen etu on reaktorijärjestelmän erottaminen turbiinijärjestelmästä. Tämä erottaminen vähentää merkittävästi säteilyn pääsyn todennäköisyyttä turbiinijärjestelmään ja minimoi korroosio-ongelmat reaktorin sisällä, mikä parantaa turvallisuutta säteilyvuotojen ja huollon kannalta. Toisaalta lisäjärjestelmien, kuten höyrystimien, monimutkaisen rakenteen ja suuren laitoksen mittakaavan vuoksi alkuinvestoinnit ja ylläpitokustannukset ovat korkeat, mikä voi olla kustannusten ja tehokkuuden kannalta epäedullinen.
Kiehutusvesireaktoreilla (BWR) on etuna korkea terminen hyötysuhde, koska höyryä tuotetaan suoraan sydämessä turbiinin pyörittämiseksi, ja niiden suhteellisen yksinkertainen rakenne auttaa vähentämään suunnittelu- ja rakennuskustannuksia. Koska primäärijärjestelmää ja turbiinijärjestelmää ei kuitenkaan ole erotettu toisistaan, radioaktiivista ainetta voi siirtyä turbiinipuolelle, mikä on haitta säteilysuojauksen ja huollon kannalta.
Lisäksi kiehuvan veden reaktoreissa säätösauvojen asetusmekanismiin kuuluu joko sauvojen työntäminen ylöspäin polttoainesauvojen alta tai sähkövirran käyttö; tämän seurauksena automaattinen asetus painovoiman avulla vaikeutuu, jos sähkökatkos tapahtuu onnettomuuden aikana. Siksi, jos automaattinen säätösauvojen asetus epäonnistuu sähkökatkostilanteessa, ydinfissio voi jatkua ja aiheuttaa tilanteen pahenemisriskin; Fukushiman onnettomuuden aikana jatkunut ydinfissio on mainittu yhtenä vahinkoja pahentavana tekijänä. Jäähdytysnesteen faasimuutoksen aiheuttama sydämen korroosio on myös merkittävä kiehuvan veden reaktoreiden haittapuoli.

Yhteenveto

Yhteenvetona voidaan todeta, että vaikka painevesireaktorit saattavat olla kustannusten ja tehokkuuden suhteen epäedullisessa asemassa kiehuvavesireaktoreihin verrattuna, niitä voidaan pitää suunnittelun kannalta turvallisempina. Toisaalta, vaikka kiehuvavesireaktorit tarjoavat etuja, kuten kustannussäästöjä ja tehokkuutta suoran kiertonsa ansiosta, niillä on turvallisuushaasteita, kuten radioaktiivisen vuodon riski ja vaikeudet reaktorin hallinnassa onnettomuuden sattuessa.
Ottaen huomioon, että useimmat Etelä-Koreassa käytettävät reaktorit kuuluvat painevesireaktoriperheeseen, voidaan päätellä, että Japanin Fukushiman onnettomuuden kaltaisten tapahtumien estämiseksi on käytössä suhteellisen turvallisempia suunnitelmia ja käyttömenetelmiä, eikä liialliseen huoleen ole syytä.