¿Cómo haría un recipiente / tubería de reactor nuclear con solo materiales y técnicas de la Segunda Guerra Mundial? El interior y la turbina pueden ser modernos.

La comprensión moderna de la ciencia de los materiales de radiación y la seguridad de la energía nuclear es en gran medida un producto de la aplicación de la energía nuclear de posguerra para la propulsión marina y la generación de energía civil, y es por eso que las centrales nucleares modernas de hoy en día pueden lograr una larga vida útil de los componentes, una alta utilización de combustible, Alta densidad de potencia y seguridad mediante la contención efectiva del producto de fisión. Si existiera, la tecnología de energía nuclear de la época de 1945 carecería de esta comprensión y se vería muy extraña e ineficaz para los estándares actuales.

  • El enfriamiento primario por medio monofásico no acuoso, como un gas o mercurio, probablemente se haya considerado la opción más viable. El enfriamiento de agua en dos fases (que dio lugar más tarde a los conceptos BWR / RBMK) se consideró peligroso y poco confiable por razones físicas en 1945. La corrosividad del agua con productos radiolíticos a alta temperatura y presión (condiciones encontradas más tarde en PWR) estaba emergiendo como un problema formidable en la investigación nuclear de la década de 1940, y tomaría la siguiente década para resolverse satisfactoriamente en el programa de propulsión naval. Por lo tanto, el agua solo se usaba en sistemas monofásicos a baja temperatura / presión como los de Hanford y los proyectos AHR en Los Alamos, más bien inadecuados para la producción de vapor para la generación de energía. Por otro lado, el mercurio se consideró un refrigerante primario viable para reactores rápidos en 1945, por ejemplo, el Reactor Clementina en Los Alamos. Un reactor de potencia parecido a Clementine con una caldera asociada en un sistema de vapor secundario habría sido pionero en 1945, pero fácilmente factible con la tecnología probada del día. La eficiencia termodinámica sería baja: uno podría esperar vapor secundario saturado a ~ 140 grados. C y 4 bar.
  • La seguridad no podía garantizarse mediante la selección de materiales y la dependencia de las nociones modernas de múltiples barreras de productos de fisión porque aún no se entendían, por lo que las variables de seguridad influyentes se limitarían al tamaño del reactor, la densidad de potencia, el inventario de combustible, el material de combustible y la potencia de salida. , límites de por vida y ubicación. La planta de energía resultante tendría una capacidad mínima (¿unos pocos kW?), Tendría una baja densidad de energía, probablemente estaría alimentada con uranio, funcionaría de manera intermitente para reabastecimiento de combustible frecuente y reemplazo de componentes, y estaría ubicada en un desierto despoblado en medio de absolutamente en ninguna parte, de modo que si explotara (¡y podría esperarse un accidente así!), el término de la fuente de radiación sería mínimo incluso suponiendo una volatilización completa y una dispersión ambiental del inventario central. Obviamente, un enfoque muy diferente al que tiene la industria ahora.

Podrías construir el mismo tipo de reactores que tenemos ahora. De hecho, las tuberías y los recipientes se harían más fácilmente porque el equipo para fundir un recipiente reactor estaba disponible en todas partes en ese entonces. Solo quedan unas pocas fundiciones en el mundo que pueden lanzar piezas de fundición de 9 a 12 pulgadas de espesor. En la Segunda Guerra Mundial estaban ocupados armando armaduras para tanques y acorazados. Los recipientes del reactor nuclear y las tuberías del sistema primario son de acero al carbono revestido con acero inoxidable. Los materiales para los recipientes y las tuberías no han cambiado mucho desde entonces. Los materiales que han mejorado desde entonces son los tubos del intercambiador de calor y los tubos que contienen las pastillas de combustible de uranio. Después de todo, el USS Nautilus fue comisionado en 1954 usando un reactor de agua ligera presurizada. El reactor fue diseñado y construido en 1951-1953, por lo que habría estado utilizando materiales y técnicas de la Segunda Guerra Mundial. Las grandes cosas que han cambiado son cómo encajan las distintas piezas y la química utilizada para controlar la reacción nuclear.

Si no se limita a las consideraciones de diseño requeridas para los submarinos, la sal fundida con combustible disuelto fue y sigue siendo un diseño mucho más seguro y versátil. El MSRE funcionó durante aproximadamente 4 años antes de ser terminado por razones políticas. Eso fue en los años 60.

Los submarinos tuvieron que lidiar con la alta presión de todos modos y tuvieron un enfriamiento prácticamente ilimitado utilizando el océano como disipador de calor. El combustible sólido para la compacidad y el agua a alta presión para la refrigeración tenían sentido, para un submarino.

El combustible líquido, el moderador sólido, la alta temperatura de funcionamiento, el enfriamiento por aire y el procesamiento de combustible en línea fueron y siguen siendo mucho más sensibles que en la forma tradicional. También es más seguro, pero recuerde que la industria de energía nuclear de fisión civil tiene un historial de seguridad muy envidiable, incluso si se incluye el reactor de doble propósito (energía y plutonio) soviético que fue destruido cuando los trabajadores apagaron todo el equipo de seguridad y realizó una “prueba” en condiciones inseguras y las 15 personas que murieron de cáncer de tiroides (a partir de 2005) causadas por no tomar las medidas preventivas simples y efectivas.

Yo elegiría comenzar con el diseño del reactor X-10 de 1943. Grafito moderado, refrigerado por gas, pequeño volumen. Este reactor podría haberse desarrollado rápidamente para alimentar pequeños buques de guerra y quizás incluso submarinos grandes (para el período). También tiene dos ventajas masivas porque funciona con uranio natural sin necesidad de enriquecimiento y está refrigerado por gas, por lo que en caso de emergencia se puede enfriar con aire exterior y, con suerte, filtrarse para que no tenga polvo. Debido a que el diseño del reactor es pequeño y está alimentado con uranio natural, tiene mucha seguridad inherente, y debido a que usa refrigerante de gas en lugar de agua, no hay peligro de pérdida de accidentes de refrigerante por la rotura de la tubería de vapor. A medio y largo plazo, debido a que es un grafito moderado refrigerado por gas, puede funcionar a temperaturas muy altas para una eficiencia térmica mucho mayor y, finalmente, utilizar el sistema de turbina de gas Brayton en lugar del sistema de turbina de vapor Carnot como método para convertir el calor en trabajo útil.

RE: ¿Cómo haría un recipiente / tubería de reactor nuclear con solo materiales y técnicas de la Segunda Guerra Mundial?

No lo harías Avances tecnológicos. Nadie en su sano juicio restringiría el diseño de reactores de energía nuclear a tecnología de 70 años.

EXCEPTO que las personas antinucleares parecen pensar que la tecnología de energía nuclear no ha cambiado desde TMI / Chernobyl / Fukushima. Esperan que los diseñadores de reactores no hayan aprendido nada a lo largo de los años y que vuelvan a construir reactores con los mismos defectos. Felizmente, están equivocados.

Toda la maquinaria externa y la mayoría de la interna ya estaba disponible.

Sabiendo lo que sé ahora, sal fundida de torio criador dinámicamente estable que no necesita enriquecimiento, por lo que no aborda el material de las armas.

Sabiendo lo que sabía hace 20 años, CanDu criador lento de uranio natural de agua pesada, estable dinámicamente con la misma ventaja.

Sabiendo lo que sabía hace 40 años, el criador rápido de agua presurizada con agua normal con un casco que usa la nueva estrategia en capas para lidiar con el hecho de que el sistema es metaestable no dinámicamente estable, y usa MOX para reducir la producción de plutonio.

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