Onderzoek aan kernenergie

Transcriptie

1 Onderzoek aan kernenergie Jan Leen Kloosterman Technische Universiteit Delft RIVM, 5 april RID: Reactor Instituut Delft huisvest faciliteiten en diensten op het gebied van stralingsonderzoek en -onderwijs: 2 MW onderzoeksreactor HOR instrum. t.b.v. neutronenverstrooiing faciliteiten t.b.v. neutronenactivering positronenbundels radiochemische laboratoria RIVM, 5 april

2 R3: Radiation, Radionuclides & Reactors RIVM, 5 april Energie zonnecellen } batterijen waterstofopslag kernreactoren Gezondheid R3: Onderzoekthema s materiaalonderzoek straling en radioactieve stoffen voor therapie en voor diagnostieken ontwikkeling van productieroutes voor radionucliden stralingsdetectiesystemen voor imaging RIVM, 5 april

3 RIVM, 5 april Hoger Onderwijs Reactor RIVM, 5 april

4 Voorspelling groei wereldbevolking : India +400, China +260, Pakistan +130, Nigeria +130 miljoen inwoners! RIVM, 5 april Energieverbruik per inwoner RIVM, 5 april

5 Voorspelling mondiaal energieverbruik x5 x2 RIVM, 5 april CO 2 concentratie in de atmosfeer RIVM, 5 april

6 Aandeel kernenergie Europa RIVM, 5 april RIVM, 5 april

7 neutron U-235 Moderator U-238 U-235 U-239 Moderator Np-239 RIVM, 5 april Physics of Nuclear Pu-239 Reactors U-238 Pu-239 Moderatie van neutronen Fission cross section (barn) U-235 Pu-239 U Fission spectrum Energy (ev) RIVM, 5 april

8 Kernsplijting radioactief Splijting van 1 gram uranium levert evenveel energie als het verbranden van 2500 liter benzine of 3000 kilogram kolen Wereldgebruik: ton natuurlijk uranium per jaar (16% van de e-productie) ton olie per dag RIVM, 5 april Splijtstofelement van een PWR RIVM, 5 april

9 Splijtstoftabletten Twee tabletten leveren voldoende electriciteit voor een gezin gedurende een jaar! RIVM, 5 april Drukwaterreactor Borssele RIVM, 5 april

10 Reactorvat van een PWR RIVM, 5 april Kokendwaterreactor Dodewaard RIVM, 5 april

11 In bedrijf zijnde commerciële vermogensreactoren in 2000 (bron: Nuclear Engineering International Handbook 2000) Totaal vermogen: 364 GWe 57,9% Drukwaterreactor (PWR) 21,4% Kokendwaterreactor (BWR) 7,8% Gasgekoelde grafietreactor (GCR) 7,6% Zwaarwaterreactor (PHWR) 3,2% Lichtwatergekoelde grafietreactor (LWGR) 0,9% Snelle kweekreactor (FNR) 1,2% Andere reactoren RIVM, 5 april U-235 Moderator U-238 U-235 Actiniden Np-239 U-239 Kernsplijtingsafval RIVM, 5 april Physics of Nuclear Pu-239 Reactors 11

12 RIVM, 5 april Weight fraction (%) Samenstelling gebruikte splijtstof fission products U-235 Pu-239 U-236 Pu-240 Pu-241 Pu-242 Pu-238 KSA Ongebruikt Uranium Plutonium Burnup (GWd/tU) RIVM, 5 april

13 RIVM, 5 april Radiotoxiciteit gebruikte splijtstof Actinides Fiss Prods Ore Radiotoxicity (Sv) Storage time (a) RIVM, 5 april

14 Radiotoxiciteit uitgesplitst Pu Am Cm Ore Fiss Prods Radiotoxicity (Sv) Storage time (a) RIVM, 5 april Splijtstofcyclus RIVM, 5 april

15 Inherent veilige terugkoppeleffecten U-235 Moderator Moderator feedback Doppler feedback U-238 U-235 U-239 1) stabiel systeem (zelfregeling) 2) verlies van koelcapaciteit schakelt de reactor af RIVM, 5 april ) verlies van moderatie schakelt de reactor af Np-239 Vervalwarmte productie vervalvermogen / MW vervalenergie / MWd Tijd / dagen koeling noodzakelijk na afschakeling RIVM, 5 april

16 Veiligheid van kerncentrales meerdere barrières om radioactief materiaal binnen te houden Splijtstof (tablet en bekleding) Primair systeem (staal) Veiligheidsomhulling (2x beton + staal) RIVM, 5 april Geavanceerde BWR reactorvat kern: splijtstof pompen RIVM, 5 april

17 Generatie III+ BWR: ESBWR kern: splijtstof geen pompen! RIVM, 5 april Generatie III+ PWR: AP1000 Kleppen -50% Pijpen -80% Kleppen -50% Kabels -70% Pompen -35% Gebouw -50% RIVM, 5 april

18 Generaties kerncentrales Generation I Early Prototype Reactors - Shippingport - Dresden, Fermi I - Magnox Generation II Commercial Power Reactors - LWR-PWR, BWR - CANDU - VVER/RBMK Generation III Advanced LWRs - ABWR - System AP600 - EPR Evolutionary Designs Offering Improved Economics Generation IV - Highly Economical - Enhanced Safety - Minimal Waste - Proliferation Resistant Gen I Gen II Gen III Gen IV RIVM, 5 april Zes reactortypen in Generatie-IV RIVM, 5 april

19 Hogere temperaturen: hogere efficiency Percent of current standard (%) Thermal efficiency (%) Power cost Fission product waste Reject heat cooling water consumption RIVM, 5 april Hogere temperaturen: nieuwe toepassingen Temperature(C) Glass manufacture Cement manufacture Iron manufacture D irect reduction method with Blast furnace Electricity generation (Gas turbine) Gasification of coal Hydrogen (IS process) Hydrogen (Steam reforming ) Ethylene (naphtha, ethane) Styrene (ethylbenzene) Town gas Petroleum refineries Deesulfurization of heavy oil Application Wood pulp manufacture Urea synthesis Desalination, District heating VHTR C HTGR 850 C LMFBR 550 C Nuclear Heat LWR, HWR 320 C RIVM, 5 april

20 Hogere temperaturen: waterstofproduktie RIVM, 5 april HTR Splijtstofbollen PBMR (160 MWe) Ca stuks x RIVM, 5 april

21 Splijtstof van een HTR RIVM, 5 april RIVM, 5 april

22 Veiligheid van een HTR RIVM, 5 april Plutonium recycleren in snelle reactoren Fission cross section (barn) U-235 Pu-239 U Fission spectrum Energy (ev) RIVM, 5 april

23 Plutonium recycleren in snelle reactoren 4 Reproduction factor (η = ν σ f / σ a ) U-235 Pu-239 Pu Energy (ev) RIVM, 5 april Gas-gekoelde snelle reactoren RIVM, 5 april

24 Splijtstofgebruik Natuurlijk uranium: 0.7% splijtbaar 0.3% omzetting in reactor Thermische reactor gebruikt 1% U Uranium erts U+ n U Pu Np 94 1 kg uranium Snelle reactor gebruikt 100% U door omzetting niet-splijtbaar naar splijtbaar Yellow cake 100-voudige toename energie produktie (!) RIVM, 5 april Dus: actiniden recycleren! U nat Gen IV GCFR Gebruikte splijtstof Opwerken, natuurlijk U toevoegen, nieuwe brandstof Hoog-radioactief afval, alleen splijtingsprodukten (kortlevend) Actiniden Drastische vermindering hoeveelheid afval Drastische vermindering levensduur afval Optimaal gebruik van grondstoffen! RIVM, 5 april

25 Conclusies Kernenergie heeft aantrekkelijke voordelen zoals CO 2 vrije productie electriciteit Niet afhankelijk van Midden-Oosten Goedkope en ruim beschikbare U-voorraden Hergebruik van plutonium mogelijk Compacte afvalstroom Goedkoop en veilig RIVM, 5 april RIVM, 5 april