Published: 2016-02-12 Views: 717
Die ontwikkeling van Kernreaktore in die VSA
"The Italian Navigator has landed in the New World!"
"How were the natives?"
Hierdie was die afgespreekte kodegesprek waarmee Enrico Fermi en sy span wetenskaplikes in 1942 vir Washington laat weet het dat die wêreld se eerste Kernreaktoreksperiment 'n sukses was. Hulle reaktor, wat bestaan het uit 6 ton natuurlike Uraanmetaal, 24 ton Uraanoksied en 'n matrys van grafietblokke, het om 15h25 op 2 Desember 1942 vir die eerste keer kritiek geraak. Dit was opgerig onder 'n pawiljoen op die sportgronde van die Chicago se Universiteit. Hierdie reaktor het sowat 0,5 watt termiese energie gelewer en vir kort tydjies selfs soveel as 200 watt.
Gelyklopend hiermee, maar op 'n veel groter skaal, was die reuse Manhatten-projek aan die gang, wat die daarstelling van 'n kernwapen ten doel gehad het. Reusagtige somme geld, asook die beste mannekrag in die VSA is aangewend om vier basiese probleme op te los:
- Aankope van Uraan (Hoofsaaklik uit Katanga : Belgiese Kongo)
- Plutonium produksie - (hiervoor is 'n eksperimentele kweekreaktor X-10 gebou)
- Vervaardiging van die kernploftoestel.
Teen die jaar 1944 het ontwikkeling reeds so ver gevorder dat die ontwikkeling van vyf tipes Kernreaktore vir elektrisiteitsopwekking ondersoek is. Uiteindelik is ook vyf klein demonstrasiereaktore gebou om hierdie konsepte te bewys. Hierdie konsepte het ingesluit 'n kweekreaktor, 'n hoë temperatuur Helium-verkoelde reaktor, 'n vinnige kweekreaktor met Plutonium- brandstof, 'n homogene reaktor met brandstof wat sou bestaan uit 'n oplossing van Uraansoute en 'n gesmelte metaalreaktor waar 'n Natrium-Kalium allooi as koelmiddel gebruik is.
In 1946 het die VSA-kongres die Mc Mahon-wet aanvaar wat die beheer oor die Kernbedryf uit die VSA-leër se hande geneem en aan die Atomic Energy Commission (AEC) gegee het, wat deur dié wet tot stand gekom het. Kernkrag het onder hierdie wet steeds geheim gebly en die private industrie se rol was bloot dié van kontrakteurs vir die AEC. Die AEC het toe ernstige aandag begin gee aan die oprigting van twee reaktore by Idaho Falls in die staat Idaho, naamlik 'n materiaaltoetsreaktor (MTR) en 'n eksperimentele kweekreaktor (EBR 1).
Die VSA-vloot was op hierdie stadium reeds 'n geruime tyd besig om ondersoek in te stel na die moontlikheid om kernkrag aan te wend vir duikbootaandrywing. In Junie 1946 word 'n span van agt persone aangestel onder leiding van 'n baie dinamiese leier, Kaptein H G Rickover om die werkbaarheid van dié konsep te bewys. Hulle was baie geïnteresseerd in 'n konsep voorgestel deur Alvin Weinberg (latere Direkteur van Oak Ridge National Laboratory), wat water onder hoë druk as moderator en koelmiddel vir die reaktor voorgestel het. In 1948 pak hulle die eerste duikbootreaktorkonstruksieprojek aan by die Argonne National Laboratory, met Westinghouse as die primêre kontrakteur.
Die vloot en Westinghouse het gesamentlik 'n landgebasseerde prototipe van 'n duikbootreaktor in 'n fop-duikbootrompseksie gebou. Die sukses van die konsep is daarna dramaties bewys toe Kaptein Rickover en sy span 'n gesimuleerde ondersese reis oor die Atlantiese Oseaan deurgemaak het, waartydens die reaktor baie goed presteer het. Daar is toe begin met die inbou van 'n identiese reaktor in die VSA se eerste duikboot, die Nautilus, wat op 17 Januarie 1955 die skeepswerf verlaat het. Hierdie skouspelagtige sukses het die drukwaterreaktor 'n voorsprong bo die ander reaktortipes gegee. Die voorsprong is verder vergroot toe Rickover in 1953 aan Westinghouse die opdrag gegee het om die aandrywing van vliegdekskepe m.b.v. kernreaktore te ondersoek.
In 1954 het die VSA wetgewing oor kernkrag verander met die belangrike gevolg dat dié veld toeganklik geword het vir die private industrie. Private eienaarskap van spesifieke tipe kerninstallasies, soos byvoorbeelde kernkragstasies, was onderhewig aan lisensiëringsvoorwaardes, gewettig. In hierdie selfde jaar het die VSA kongres ook, na aanleiding van 'n voorstel van die AEC se Reaktorontwikkelingsafdeling, 'n vyfjaar-vyfreaktorprogram aangekondig, ten einde die tegniese en ekonomiese werkbaarheid van Kernkrag te toon. Daar sou vyf klein demonstrasieaanlegte gebou word:
- Drukwaterreaktor (DWR)
- 'n Eksperimentele kookwaterreaktor (EBWR)
- 'n Gesmelte Natrium verkoelde reaktor (SRE)
- 'n Tweede, groter Homogene Reaktor (HRE-2)
- 'n Tweede, groter kweekreaktor (EBR-2)
Hierdie "vyfjaarprogram," wat uiteindelik tien jaar geneem het om voltooi te word, was, saamgesien met die vloot se pogings hierbo beskrywe, die deurslaggewende toetsbank van die VSA se kernkrag bedryf. Een van hierdie reaktore is reeds op 'n kommersiële skaal gebou. Dit was die DWR wat deur die AEC en Westinghouse by Shippingport, Pennsylvania gebou is. Dit sou sowat 60 MWe lewer. Dit is op 18 Desember 1957 in bedryf gestel en het gefunksioneer totdat dit in 1982 permanent afgesluit is.
Die General Electric Company het intussen aan twee ander konsepte gewerk. Die een was die kookwaterreaktorkonsep (KWR) en die ander was die natriumverkoelde reaktor, waarvan 'n prototipe in die VSA se tweede Kernduikboot, die Seawolf ingebou is. Die VSA-vloot het egter besluit om op DWR's te standardiseer, en hierdie reaktor is uiteindelik met 'n DWR vervang wat die voorsprong van die DWR verder verstewig het.
In 1955 het die AEC 'n verdere program aangekondig, naamlik 'n Demonstrasieprogram vir Kragreaktore, met die doel om elektrisiteitsverskaffers aan te moedig om kernkragstasies te bou. Die AEC sou brandstofkostes dra en navorsing en ontwikkelingsfondse voorsien. Vyf elektrisiteitsverskaffers het belang gestel, van wie twee bereid was om geheel hul eie koste te dra. Een van die konsortia, Yankee Atomic Electric Company het 'n 100 MWe-DWR by Rowe, Massachussets opgerig en het die projek voor skedule en onder begroting voltooi.
In hierdie tydperk het die AEC ook ander konsepte ondersoek soos byvoorbeeld die Organies gemodereerde reaktor (OMRE) en die gesmelte soutreaktor. Beide hierdie konsepte het eiesoortige probleme gehad wat verdere ontwikkeling hiervan verhinder het. Intussen is 'n aantal verdere DWR's en Kookwaterreaktore onder die voortgesette AEC demonstrasieprogram vir kernkragreaktore gebou.
Een van die groot deurbrake in die veld het gekom toe die Jersey Central Power and Light Company van New Jersey in Februarie 1963 hulle sogenaamde Oyster Creek-verslag gepubliseer het. Hierdie was 'n gedetaileerde koste-analise wat bewys het dat 'n kernreaktor op ekonomiese gronde vir hulle volgende kragstasie die beste keuse sou wees. Hierdie verslag het 'n fenomenale invloed gehad aangesien in die daaropvolgende jare 'n groot aantal reaktore bestel is, sodat teen die einde van 1972 'n totaal van 160 aanlegte bestel of in bedryf was.
Sedert 1972 het weerstand teen die gebruik van Kernkrag in die VSA begin opbou, veral onder omgewingsbewaringsgesindes. Hulle het op uitgeslape maniere die wetlike lisensiëringsproses begin misbruik om kernkragprojekte te vertraag. Hulle het daarin geslaag om kernkrag 'n politieke aangeleentheid te maak wat gedurig in die openbare oog was. Dit het konstruksievertragings tot gevolg gehad wat op sy beurt weer groot koste-eskalasies veroorsaak het. Dit het elektrisiteitsverskaffers toenemend van die kernkragopsie laat afsien sodat 'n groot aantal bestellings vir kernkragstasies gekanselleer is.
Aangesien die owerhede besef het dat 'n kernreaktorongeluk ernstige gevolge vir die bevolking van 'n streek kon hê , is verskeie studies deur die AEC gedoen om die gevolge van so 'n moontlike ongeluk te ondersoek. 'n Vroeë studie van Brookhaven National Laboratory (1957) onder die titel "Theoretical Possibilities and Consequences of Major Accidents in Large Nuclear Power Plants" het gepoog om 'n boonste limiet vir die gevolge van so 'n ongeluk vas te stel. Hierdie studie was egter slegs gebasseer op 'n klein aantal militêre reaktore wat in bedryf was, en het ook nie enige voorkoms waarskynlikhede in ag geneem nie. In 1972 het die AEC die sogenaamde "Reactor Safety Study" onder leiding van Professor N C Rasmussen van MIT aan die gang gesit om op 'n meer wetenskaplike basis realistiese afskattings van die waarskynlikheid en gevolge van kernreaktorongelukke te verkry. Hierdie verslag is in 1974 gepubliseer en het 'n baie groot invloed op die kernbedryf uitgeoefen. Hierin is getoon dat die kernsmelt-scenario nie noodwendig 'n ongeluk met groot gevolge vir die publiek beteken het nie. Daarby was die voorkomswaarskynlikheid hiervan so klein dat ander, minder ernstige ongelukke, maar met hoër voorkomswaarskynlikhede, soos byvoorbeeld 'n klein breuk in die primêre verkoelstelsel, baie belangriker geag behoort te word.
Om reaktorveiligheid te verseker het die lisensiëringsstandaarde algaande meer omvangryk geword. Dit het selfs aanleiding daartoe gegee dat sommige reaktore reeds in bedryf, met veranderinge in lisensiëringsstandaarde, verplig was om nabouwerk te doen. Daar is ook toenemend aandag gegee aan gedetailleerde teoretiese analises en simulasies van moontlike ongelukke, waarvan die grootbreuk koelmiddelverliesongeluk die belangrikste was.
Op 28 Maart 1979 het die ongeluk by Eenheid Twee van die Three Mile Island reaktoraanleg plaasgevind. A.g.v. kleppe wat verkeerd gefunksioneer het is die voerwater na die stoomgenerators afgesny en die noodvoerwaterstelsel was ook afgesluit a.g.v. in verkeerde instandhoudingsprosedure wat die vorige dag uitgevoer is. Die reaktor het suksesvol geblus en die veiligheidsklep op die primêre verkoelstelsel het oopgegaan om die druk te verlig, maar het in die oop posisie vasgesteek. Dit het 'n groot drukverlaging in die reaktor tot gevolg gehad, en deur 'n verkeerde diagnose van die toestand het die operateurs die noodverkoelwaterstelsel afgesluit. Uiteindelik is die hart ontbloot en ernstige brandstofskade is aangerig. Ten spyte van die ernstigheid van hierdie ongeluk is baie min radio-aktiwiteit aan die omgewing vrygelaat, maar die skade aan die aanleg het miljoene dollars beloop.
Hierdie ongeluk het 'n histerie wêreldwyd laat losbreek wat 'n impak gehad het wat veel groter was as wat die ongeluk geregverdig het. Veranderinge is aan die lisensiëringsstandaarde aangebring en 'n baie groter klem het gekom op die analise en simulasie van reaktoroorgangsverskynsels. Veral die kleinbreuk koelmiddelverliesongeluk is tot satwordens toe ontleed. Openbare druk teen die gebruik van kernkrag het hierna in die VSA so toegeneem dat die hele bedryf in 'n bestaanskrisis gedompel is.
Ten spyte van hierdie terugslae was die VSA die land met die meeste kernkragreaktore en die land wat die meeste elektrisiteit m.b.v. kernkrag opwek. Hierin het die DWR 'n belangrike rol gespeel. Verskeie partye is tans in die VSA besig om ontwerpstudies uit te voer ten einde kleiner en meer veilige ligte water reaktore die lig te laat sien. Dit sal hopelik 'n bydrae maak om die toekomsverwagting van die kernreaktorbedryf weer te herstel.