Hyötöreaktori
Wikipedia
Hyötöreaktori tai nopea hyötöreaktori (engl. fast breeder reactor, FBR) on ydinreaktori, jossa ei ole hidastinta ja joka toimiessaan tuottaa uutta polttoainetta. Käyttämällä U-233:a ja toriumia on mahdollista rakentaa myös terminen hyötöreaktori, jonka konversiosuhde on kuitenkin nopeisiin reaktoreihin verrattuna vaatimaton.
[muokkaa] Toimintaperiaate
Suurimmassa osassa nykyisiä ydinreaktoreita fissiossa vapautuvia neutroneita hidastetaan sopivalla väliaineella, jotta ne eivät karkaisi reaktorista aiheuttamatta uusia fissioreaktiota. Nopeissa reaktoreissa hidastamista ei tehdä, vaan tarvittavan suuri määrä fissioita varmistetaan käyttämällä väkevämpää polttoainetta, jossa fissiilejä ytimiä on riittävän tiheässä ketjureaktion varmistamiseksi. Reaktorin nimi tulee nimenomaan nopeista, hidastamattomista neutroneista. Jäähdyttimenä käytetään yleensä nestemäistä metallia, kuten sulaa lyijyä tai natriumia.
Nopean reaktorin suurin etu on polttoainetaloudellinen: reaktori tuottaa uutta polttoainetta käydessään, jopa enemmän kuin kuluttaa. Tämä perustuu transmutaatiolle, eli alkuaineen muuttamiselle toiseksi. Uraanin fissiiliä isotooppia U-235 huomattavasti yleisempi on U-238, joka ei kykene ylläpitämään ketjureaktiota. Sen sijaan nopeilla neutroneilla säteilytettäessä U-238 muuttuu neptunium-239:ksi, joka on radioaktiivinen ja hajoaa nopeasti plutonium-239:ksi. Plutonium-239 on fissiili ja käy siis ydinpolttoaineeksi. Hyödyntämällä nopeassa reaktorissa ketjureaktion sivutuotteena syntyvät nopeat neutronit U-238:aa säteilyttämällä on mahdollista tuottaa uutta polttoainetta jopa enemmän kuin reaktori toimiessaan kuluttaa.
Kuten kaikesta uraanin tai plutoniumin fissiilejä isotooppeja sisältävistä aineista, myös hyötöreaktorin polttoaineesta on teoriassa mahdollista valmistaa ydinaseita. Käytännössä sellaista ei tiettävästi ole tapahtunut tai edes suunniteltu, koska tunnetaan huomattavasti yksinkertaisempiakin tapoja aloittaa ydinaseen rakentaminen. Monet asiantuntijat pitävät kuitenkin hyötöreaktorien tuottamaa plutoniumia sisältävää käytettyä ydinpolttoainetta riskinä ydinaseiden rajoittamiselle.
[muokkaa] Kehitystyön nykytilanne
Energianlähde, joka tuottaa käydessään uutta polttoainetta on luonnollisesti hyvin houkutteleva, joten nopeita reaktoreita on tutkittu laajalti. Tutkimus on edennyt niin pitkälle, että suurimmat hyötöreaktoreiden käytön tekniset esteet on jo ratkaistu ja maailmalla on käytetty useita sähköntuotantoon soveltuvia hyötöreaktoreita, mm. Ranskassa, Britanniassa ja Japanissa. Lisäksi koereaktoreita on ollut Yhdysvalloissa, Yhdistyneissä Kuningaskunnissa, Ranskassa, entisessä Neuvostoliitossa sekä Intiassa ja Japanissa. Hyötöreaktoritekniikan polttoainetaloudellisten etujen vuoksi useimmissa suurissa teollisuusmaissa pidettiin selvänä, että ydinvoiman tuotannossa siirrytään ajanoloon hyötöreaktoreiden käyttöön, mutta nyttemmin monissa maissa, kuten Ranskassa, Saksassa ja Britanniassa, ollaan hyötöreaktoreiden voimalaitoskäytöstä luovuttu tai luopumassa poliittisella päätöksellä.
Suurin käytössä ollut hyötöreaktori oli ranskalainen Superphénix, jonka sähköteho oli 1200 MW. Se otettiin käyttöön vuonna 1984, mutta kokeelliseen käyttöön liittyvien korkeiden käyttökustannusten takia suljettiin poliittisella päätöksellä 1997. Ydinvoimalana toiminut hyötöreaktori, 300 MW:n Monjun reaktori Japanissa, suljettiin 8.12.1995 lämpötila-anturista alkaneen toisiopiirin natriumvuodon jälkeen. Japani on kuitenkin sitoutunut hyötöreaktoritekniikan kehittämiseen ja hyötöreaktorien käyttöönottoa suunnitellaan. Venäjällä toimii Belojarskissa BN-600, joka on natriumjäähdytetty allastyyppinen reaktori, jonka sähkönteho on 600 MW. Venäjä suunnittelee Belojarskin laitokselle uuden samanlaisella periaatteella toimivan reaktoriyksikön, BN-800:n rakentamista.
