Indeholder en atomulykke med grundmineraler

I løbet af et treårigt laboratorieorienteret forsknings- og udviklingsprojekt, et team af forskere opdagede og patenterede en proces til indsprøjtning af sandlignende mineraler i kernen i en atomreaktor under en ulykke for at inddæmme og bremse udviklingen af ​​en nedsmeltning.

Sandia udviklede computermodeller og software (kendt som MELCOR), der viser, hvordan corium, en meget radioaktiv lavalignende blanding af atombrændstof, fissionsprodukter, kontrolstænger, strukturelle materialer og andre komponenter, smelter gennem en atomreaktor og spredes under en nedsmeltning.

"Under en alvorlig reaktorulykke, fartøjet, der indeholdt brændstoffet, smelter og brister, og så falder alle de ting ud på indeslutningsgulvet og begynder at sprede sig, "Sandia -atomingeniør David Louie sagde.

Atomreaktorulykker er sjældne, men når de sker, konsekvenserne kan være ødelæggende for mennesker, miljøet og offentlighedens tillid til sikkerheden ved atomkraft, Sagde Louie.

Som et nationalt laboratorium, Sandia forsker i alle aspekter af atomkraft, fra produktion til affaldstransport og opbevaring, og arbejder for at sikre, at sikkerheden er indbygget i hvert trin. Dette inkluderer brug af computersoftware som MELCOR til at modellere katastrofale ulykker for at forstå, hvorfor de sker og studere, hvordan forskellige scenarier ændrer resultatet.

Når corium breder sig, det kan eskalere frigivelsen af ​​radioaktivt materiale til miljøet på to måder, Sagde Louie. Det kan smelte gennem bygningsgulvet og sive ned i jorden, og det reagerer kemisk med de materialer, det rører ved. For eksempel, når corium reagerer med beton, kan det danne hydrogengas, som kan føre til en mulig eksplosion.

Ved faktiske uheld i atomreaktorer og i modellerede scenarier, den traditionelle tilgang har været at bruge vand til at forsøge at køle ned corium, men denne proces har ikke virket hurtigt nok til at forhindre ulykken i at udvikle sig og forurening spredes.

"Til sidst stopper corium med at sprede sig, fordi vand vil afkøle det, "Sagde Louie." Men du vil ikke have, at ulykken bliver værre og værre, mens du arbejder på at bringe vand ind. Vandet giver også en kilde til eksplosivt brint. "

Spis ikke denne kage - 'hævning' radioaktiv lava til afkøling, indeholde det

Louie, Yifeng Wang, Jessica Kruichak og andre teammedlemmer studerede og testede naturlige carbonatmineraler, såsom calcit og dolomit, for at afgøre, om de kunne hjælpe med at indeholde korium og forhindre en reaktorulykke i at eskalere. Det første trin var et lille eksperiment ved bordpladen med gram smeltet blyoxidpulver til simulering af corium. Forskerne opvarmede blyoxidet til 1, 000 C (1, 832 F) og hældte derefter det smeltede materiale over granulært calcit. Som kontrol, de gentog testen med sand (granulat siliciumdioxid) i stedet for calcit.

"Vi så, at de injicerbare carbonatmineraler virker, "Sagde Louie." Det reagerede kemisk for at producere en masse kuldioxid, som 'hævede' blyoxidet til en flot kagelignende struktur. Selve reaktionen havde en kølende effekt, og alle porerne i 'kagen' giver mulighed for yderligere afkøling. "

Når der blev brugt sand i kontroltesten, intet skete, som forskerne forventede.

Holdet gik derefter videre til et større kilogram-eksperiment ved hjælp af mere blyoxid og granuleret calcit. De gentog også sandkontroleksperimentet i større skala. Resultaterne fortsatte med at vise, at injicerbare granulære carbonater kunne være en lovende løsning for at forhindre spredning af corium, Sagde Louie.

I løbet af det sidste år af projektet, Louie, Wang, Alec Kucala, Rekha Rao og Kyle Ross oversatte resultaterne af eksperimenterne til MELCOR og byggede en ulykkesekvens for at modellere, hvordan injicerbare mineraler ville påvirke en atomreaktorulykke, ligner Fukushima Daiichi -ulykken i Japan.

Teamet har et ikke-foreløbigt patent på vej til de injicerbare materialer og håber at kunne udføre større eksperimenter ved hjælp af forarmet uran i fremtiden, Siger Louie.

"Efter det, vi ville være klar til at kommercialisere teknologien, "Sagde Louie." Disse materialer kan eftermonteres i ethvert eksisterende atomreaktordesign. "