Een paar jaar geleden, verschillende kernreactoren in de Verenigde Staten werden geconfronteerd met de mogelijkheid van onvoorziene sluitingen na een ramp in de Japanse kerncentrale Fukushima Daiichi. Het ongeval in 2011 leidde tot een wereldwijd onderzoek naar de veiligheid van kernenergie, vooral met betrekking tot kokendwaterreactoren, of BWR's.

In de VS, waar BWR's bijna een derde van de reactoren uitmaken, regelgevers overwogen nieuwe veiligheidsverbeteringen om een ​​ander scenario zoals Fukushima, waar een aardbeving en tsunami een reeks brandstofstoringen veroorzaakten die resulteerden in radioactieve lekken. Maar voor BWR-operators, sommige van de nieuwe toekomstige vereisten zouden de sluiting van verschillende reactoren hebben betekend en enorme kosten voor de andere fabrieken om in bedrijf te blijven.

Eventueel, een derde pad ontstond, geïnformeerd door onderzoek uitgevoerd in het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE). Gegevens van jarenlange tests in Argonne ondersteunden een aanpak die zowel de veiligheid kon behouden als de verlammende kosten van $ 1 miljard voor fabrieksexploitanten kon voorkomen.

Vooruit op de veiligheidscurve

Kernreactoren worden beschermd door een met staal beklede omhulling, zowel van binnen als van buiten versterkt met beton. In een ongeluk, de uitdaging is om corium te voorkomen - het lava-achtige materiaal dat wordt gevormd wanneer uraniumbrandstofstaven in de reactorkern smelten, samen met hun beschermende metalen bekleding - tegen het binnendringen van het milieu als het lederhuid uit het reactorvat ontsnapt en de betonnen vloer eronder erodeert. In de fabrieken van Fukushima Daiichi, Men denkt dat dit soort gebeurtenissen hebben bijgedragen aan de ontsnapping van zeer radioactief materiaal dat de nabijgelegen bodem verontreinigde en in de Stille Oceaan lekte.

Exploitanten van kerncentrales hadden een manier nodig om ervoor te zorgen dat het vrijkomen van radioactieve stoffen tot een minimum zou worden beperkt om mens en milieu te beschermen in het geval van een ongeval. Een optie was het installeren van grote filters op de ventilatieopeningen voor deze planten, een oplossing die zo kostbaar was - tot $ 50 miljoen per fabriek - dat in sommige gevallen een fabriekssluiting praktischer zou zijn geweest.

Als een industrieteam, bekend als de BWR Owners Group, heeft onderzocht hoe deze problemen kunnen worden aangepakt. ze leerden over onderzoek dat al decennia aan de gang was in Argonne. Medewerkers van het laboratorium, die een lange geschiedenis van kernenergiewetenschap heeft, steunden ook de DOE in hun reactie op de ongevallen bij Daiichi.

Experimenten leiden het pad vooruit

Als reactie op de gedeeltelijke kernsmelting van 1979 in de elektriciteitscentrale Three Mile Island in Pennsylvania, Onderzoekers van Argonne hadden het proces van het smelten van een reactorkern gesimuleerd. Ze bestudeerden hoe de resulterende corium interageert met beton, en hoe die interactie kan worden gestopt door overstroming met water. De experimenten waren enkele van de grootste in hun soort ter wereld, en kernenergiebedrijven hebben ze mede gesponsord om veiligheidsverbeteringen in hun fabrieken te ondersteunen.

"We waren dit werk eigenlijk aan het afronden, en toen gebeurden de ongelukken in Fukushima Daiichi, " zei Argonne nucleair ingenieur Mitch Farmer, die sinds 1988 de analyse van zware ongevallen en experimenten in het laboratorium heeft geleid. "Op dat moment, er was een hernieuwde belangstelling voor het werk dat we deden, vooral hoe het de inspanningen van de industrie kon ondersteunen om aan de nieuwe wettelijke vereisten te voldoen."

De U.S. Nuclear Regulatory Commission (NRC) wilde dat BWR-operators ervoor zorgden dat het vrijkomen van radioactieve stoffen uit een fabriek tijdens een ernstig ongeval kon worden voorkomen of zo laag mogelijk gehouden.

Maar het onderzoek van Argonne had aangetoond dat als corium buiten het reactorvat zou migreren, het zou effectief kunnen worden gekoeld door water door het vat te injecteren terwijl radioactief materiaal in het insluitingsgebouw wordt gehouden - een aanpak waarvoor geen nieuwe apparatuur of aanpassingen aan de fabrieken nodig zijn.

Het onderzoek hielp ook bij het vaststellen van parameters om te bepalen wanneer corium voldoende was afgekoeld, een ander belangrijk onderdeel in het voorkomen van de verwarring die wordt waargenomen bij fabrieksoperators in Fukushima.

"Net zo belangrijk als het koelen van lederhuidresten, is kunnen herkennen dat je het hebt gestabiliseerd, " zei Bill Williamson, een reactoringenieur-specialist bij de Browns Ferry-faciliteit van Tennessee Valley Authority in Alabama, die ook voorzitter is van noodprocedures voor de BWR Owners Group. "Argonne's onderzoek heeft ons geholpen te begrijpen waar we naar moeten zoeken en wat we kunnen verwachten."

De doorbraak van $ 1 miljard

Het vermogen om veiligheidsstrategie te informeren met een beter begrip van corium-interacties was een belangrijke doorbraak voor zowel de industrie als het land, gezien het feit dat kerncentrales ongeveer een vijfde van de Amerikaanse elektriciteit leveren zonder uitstoot van broeikasgassen.

Het Kernenergie Instituut, een branchevereniging, heeft de onderzoekers van Argonne gecrediteerd met het besparen van de totale vloot van BWR's met meer dan $ 1 miljard aan mogelijke wijzigingskosten.

"Het team van Argonne hielp voorkomen dat verschillende BWR-reactoren werden stilgelegd, " zei Philip Ellison, een projectmanager bij de BWR Owner's Group (beheerd door General Electric-Hitachi). "We waren in staat om een ​​strategie te identificeren die werkte voor zowel exploitanten als regelgevers, en het werk van Argonne was daarbij essentieel."

Het werk op dit gebied in Argonne is van oudsher ondersteund door de NRC, het Electric Power Research Institute (EPRI), en exploitanten van fabrieken in de VS, evenals internationale partners. Na de ongevallen bij Daiichi, de technische ondersteuning die Argonne aan de industrie kon leveren bij het voldoen aan veranderende regelgevingsvereisten, werd geleverd via het Light Water Reactor Sustainability-programma binnen DOE's Office of Nuclear Energy. Onderzoek op dit gebied wordt nog steeds uitgevoerd in Argonne met steun van het NRC, EPRI, en internationale partners om exploitanten van installaties verder te informeren over de beste acties die moeten worden ondernomen tijdens een ernstig ongeval.