10 differences of the RBMK and a PWR

Since it was 30 years since the Chernobyl accident on Tuesday, I was thinking it would be a good idea with 10 facts related to that as a little "comeback" of Friday Facts (so sorry that I don't manage to make these facts every week, it's just that lately I've either been travelling, or really busy with my PhD, which I sort of have to prioritize sometimes ;) ). Or, not just ten facts, but ten differences between the Chernobyl type RBMK reactor ("reaktor bolshoy moshchnosty kanalny", meaning high-power channel reactor), and the standard pressurized water reactor (PWR). 

Ready? 

Let's go!

1. PWR is the most common type of reactor in the world operated in countries like USA,  Belgium, Brazil, China, Finland, France, Germany, India, Japan (the Fuksuhima reactor was not a PWR, though), Russia, Spain, and Sweden, and several more. The RBMK was a Soviet develloped design - only built in the former Soviet Union.
2. the PWR uses water as both moderator (for slowing down all the neutrons from really high energies, to really low energy - which is what we want <3 ) and as cooling medium, but the RBMK uses graphite as moderator, and water as cooling medium. Normally we say that the PWR is light water (light water is what we normally just call "water", instead of heavy water) moderated and cooled, and the RBMK is graphite moderated and light water cooled.
3. the RBMK was designed with a positive void coefficient; I'll don't go in detail on that now (if you want me to, I can make a separate blogpost about what this means), but in short it is the reason why the RBMK is unstable under certain conditions
4. the tip of the control rods of the RBMK actually didn't control the reactor/absorb the neutrons -it was made out of graphite that speeds up the fission process, instead of a material that actually shuts it down
5. the control rods of the RBMK could be withdrawn completely from the reactor - even if it wasn't allowed (no one should EVER be able to overrun safety systems, like it was done the night of the accident)
6. it took almost half a minute to insert the control rods into the RBMK reactor; on a PWR it takes around a second or so
7. a PWR needs fuel which is enriched to 5% uranium-235, but the RBMK only needed 2% - so it was economical with the fuel
8. the RBMK could have its fuel changed while it was running. This, together with the low enrichment (no 7) made it ideal as a producer of weapons plutonium 
9. a PWR is passively safe, but the RBMK definitely wasn't
10. the Chernobyl reactor didn't have any outer barrier; meaning the reactor was placed more or less in a warehouse rather than a full containment building. Therefore, when the reactor actually exploded, the radioactive inside of it could get out, and fresh air (oxygen...!) could get in, making a strong fire that lasted for days

These are just the first ten big differences I could think of, but there are even more. 

When I, or other nuclear scientists, say that Chernobyl could never happen in a modern, Western reactor, it's not because we just don't want to see reality or something silly like that, but it's because of these facts listet above - which makes that accident physically impossible in, for example a PWR...!

testing of reactor grade concrete - the concrete stays intact, as the plane is just disintegrated (plane vs concrete: plane 0, concrete 1)

PS: There are still some RBMKs operating in the world today, but major modifications have been made to these reactors.

27 år siden Tsjernobyl-ulykken

I dag er det et trist jubileum; 27 år siden tidenes desidert verste kjernekraftulykke; Tsjernobylulykken. I den anledning reposter jeg min "seconds from disaster"-analyse av ulykken, som jeg skrev i fjor - til glede for nye, og evt gamle, lesere;)

Bakgrunnsfakta om reaktoren:

Tsjernobylreaktoren var en såkalt RBMK-reaktor (RBMK er et russisk akronym som betyr noe sånt som "grafittmoderert trykkvannsreaktor"): den var veldig økonomisk mtp uranressurser, og den egnet seg til å produsere våpenplutonium.

Det var et velkjent faktum at reaktoren oppførte seg svært ustabilt ved lav effekt, og at SCRAM (når man skrur av reaktoren/kjedereaksjonen raskt ifbm feks en ulykke) tok 10 ganger lenger tid enn vanlig - 20 sekunder ifht 2 sekunder på feks en PWR-reaktor (en vanlig trykkvannsreaktor). Dessuten vil kontrollstavene i de første sekundene de føres inn i reaktoren faktisk aksellerere kjedereaksjonen, heller enn å stoppe den...

Vi befinner oss altså i det som i dag er Ukraina, da Sovjetunionen. Det flotte Tsjernobylanlegget har fått en ny sikkerhetsinstallasjon, som må testes ut, og dette skal skje tidlig om morgenen, lørdag den 26. april 1986. Forberedelsene til testen begynte rett etter midnatt den 25. april 1986.

Fredag 25. april 1986, klokken 01:00: 
Arbeiderene begynner sakte og forsiktig å redusere effekten på kraftverket, den skal gå fra 3200 MegaWatt (MW)  til 700 MW.

Klokken 14:00: KievEnergo ber om at effekten ikke reduseres mer enn den allerhede er, siden elektrisitetsbehovet i Kiev er stort rett før helgen.

Klokken 23:00: Effektreduksjonen tas opp igjen. 9 timer som skulle ha vært brukt til å redusere effekten sakte og forsiktig var dermed tapt, og siden testen skulle gjennomføres om morgenen lørdag 26. april måtte den videre jobbingen foregå i høyere tempo.

Lørdag 26. april, klokken 00:30:
Et plutselig, voldsomt effektfall på reaktoren, ned til 30 MW  (mao: 670 MW lavere enn de skulle totalt). En så lav effekt gir et så lavt trykk at rør som skal være fylt med damp, heller blir rør fylt med vann. Dette fører også til at effekten gjerne faller enda mer, og operatørene jobber dermed på spreng for å få hevet effekten nok til at den planlagte sikkerhetstesten skal kunne gjennomføres dagen etter.

Klokken 01:15: Reaktoringeniøren mener at testen bør avbrytes, men fortsetter å gjøre alt han kan for å få hevet effekten til riktig nivå, i frykt for å miste jobben... For å klare dette bryter han flere sikkerhetsregler. Viktigst av alt er at alle kontrollstaver dras helt ut av reaktorkjernen (ikke tillatt i følge sikkerhetsreglene), og dette gjorde at effekten hoppet opp til 200 MW  (nesten alle kanaler er fylt med vann, og alle kontrollstaver er dratt ut av kjernen...). RBMK-reaktoren er maksimalt ustabil under disse forholdene (dette var kjent, og en britisk sikkerhetsrapport fra mars 1986 konkluderte med at RBMK aldri  ville kunne leve opp til vestens sikkerhetskrav, selv om det var en teknologisk veldig interessant konstruksjon).

Klokken 01:23:40: En operatør trykker på SCRAM-knappen og alle kontrollstavene settes inn i reaktorkjernen. Dette var dråpen som fikk begeret til renne over; effekten i reaktoren økte voldsomt fordi den nederste delen av kontroll/SCRAM-stavene var av grafitt (noe som øker reaktiviteten!).

I kortversjon førte dette til to voldsomme dampeksplosjoner(rørene som opprinnelig var fylt med vann ble på altfor kort tid igjen fylt med damp, og damp tar som kjent mer plass enn vann), som blåste taket av reaktortanken, slik at reaktorkjernen ble liggende helt åpen, og deler av det superaktive brenselet ble slynget ut på bakken.
Grafitten i reaktoren tok så fyr; en kraftig brann som varte i flere dager, og på en effektiv måte spredte innholdet (bla. de svært radioaktive fisjonsproduktene) ut av reaktoren og opp i atmosfæren.

Den desidert verste ulykken i kjernekraftens historie var et faktum.

Tsjernobylkraftverket i bakgrunnen, den fraflyttede "paradebyen" Pripyat i forgrunnen

Ukens leserspørsmål: "Thoriumkraftverk"

Hei, jeg leser på bloggen din og jeg stusset litt over det at det er ingenting som heter et "thoriumkraftverk". Tenker du bare at den folkelige betegnelsen gir feil forståelse; eller mener du at en fungerende LFTR-reaktor aldri vil bli en realitet?

Når jeg sier at det ikke er noe som heter "Thoriumkraftverk" tenker jeg på det folkjelige begrepet, ja.
Hva skulle eventuelt et thoriumkraftverk være? Nå i dag er det mange som mener at det er en saltsmeltereaktor med thoriumbrensel (TMSBR/LFTR/TMSR), mens for noen år siden tenkte de fleste på såkalte akselleratordrevne reaktorer (ADS/Rubbiareaktor/Energy Amplifyer). Begge disse reaktortypene vil man jo også kunne drive med uran-brensel - så da er de jo ikke spesifikke thoriumreaktorer (det er dessuten to vidt forskjellige systemer, så det er jo rart hvis man skulle kalle dem det samme...). Dessuten kan man fint bruke thoriumbasert brensel i feks trykkvannsreaktorer (PWR), kokvannsreaktorer (BWR) og tungtvannsreaktorer (CANDU). Selv studerer jeg jo thoriumbasert brensel i den nyeste type trykkvannsreaktor (European Pressurized water Reactor - EPR); er denne reaktoren da plutselig en "thoriumreaktor", til tross for at den ikke modifiseres annet enn at den fylles med thoriumbasert brensel istedetfor uranbasert brensel...?

Så til annen del av spørsmålet: jeg er veldig skeptisk til om saltsmeltereaktoren kommer til å bli produsert i stor skala, ja. For meg virker det litt som om denne reaktortypen "løser" et problem som ikke egentlig er der. Dessuten har saltsmeltereaktoren så vidt jeg kan se et "spredningsproblem"; siden den reprossesserer brenselet on-line vil man kunne enkelt kunne skille ut rent protaktinium-233, som i løpet av en måneds tid blir til rent uran-233 - dvs materiale som også kan brukes til å produsere våpen...:/ Mulig at dette kan løses, men jeg vet at dette er et av ankepunktene til denne reaktoren.
Når det er sagt: Saltsmeltereaktorer er ikke mitt spesialfelt, og det er absolutt mye som er spennende med denne teknologienen - og man skal selvsagt aldri si aldri ;)

- S

10 fakta om EPR

1. EPR er kort for European Pressurized water Reactor i Europa, og Evolutionary Pressurized water Reactor i USA
2. Har en effekt på 1600 MW elektrisk, og det betyr at selv med beregnet nedetid etc kan den dekke elektrisitetsbehoved til ca 850 000 Oslo-husstander 8-O
3. Jeg gjorde simuleringer på hvordan man kan minske radioaktivt avfall ved å bruke thoriumbrensel <3 i EPR i masteroppgaven min
4. EPR er den aller nyeste og mest fancy type trykkvannssreaktor (PWR)
5. EPR føres av AREVA
6. Kanskje i år (?) vil den aller først EPR stå ferdig i Olkuluoto i Finland, som da vil være selvforsynte på elektrisitet på kun kjernekraft xD
7. Selve reaktoren er sånn ca 4x4x4 meter 
8. EPR er designet for å vare i (minimum) 60 år
9. Første trykkvannsreaktor som kan fylle hele reaktorkjernen med MOX-brensel
10. Temperaturen inne i reaktoren er 327.2 grader Celcius

Se, så flinke de er til å bygge EPR i Finland :D

Sånn skal det se ut når det blir ferdig:D

Ellers har jeg startet med en tøff start på uken; kveldsvakt på syklotronen, og det betyr totalt 14 timer på jobb i dag. Videre framover nå i mars skal vi kjøre syklotronen (omtrent?) kontinuerlig, slik at det blir maaange vakter på oss alle, hvis vi skal få det til å gå rundt. SLITSOMT. Men, alle må hjelpe hverandre, sånn er det bare, dessuten har jeg mange ting som skal skrives, leses og forberedes, og jeg får jo mange mange timer til radighet der jeg kan jobbe med de tingene da, når jeg skal tilbringe så mange timer på syklotronlabben ;)

Det er jo som nevnt tidligere, Jenter for Realfag til torsdag denne uken (meld dere på her :D), i tillegg har jeg takket ja til å holde foredrag på Norske Fysikkstudenters Konferanse til helgen igjen; nærmere bestemt førstkommende søndag klokken 10:15 - kom gjerne og hør på :D

Såh, nå skal jeg kjøre i gang noen fler simuleringer før jeg faktisk skal ta meg en treningsøkt - altfor altfor lenge siden sist, og når man i tillegg skal sitte innesperret i mange timer utover kvelden er det godt for kropp og sjel å få beveget seg litt på dagen :P