Argonne国家实验室的数十年工作导致了美国核电站的关键时刻

 
几年前，在日本福岛第一核电站发生灾难后，美国的几个核反应堆正面临无法预料的关闭的可能性。 2011年的事故引发了全世界对核电安全的审查，尤其是有关沸水反应堆或BWR的审查。
在美国，BWR占反应堆的近三分之一，监管机构考虑了新的安全性增强措施，以避免像福岛这样的其他情况发生。福岛地震和海啸引发了一系列导致燃料泄漏的燃料故障。但是对于BWR运营商而言，一些新的预期要求将意味着关闭多个反应堆，并为其他工厂保持运营带来巨大成本。
最终，根据美国能源部(DOE)阿贡国家实验室进行的研究，出现了第三条道路。来自Argonne多年测试的数据支持了一种既可以保持安全性又可以避免给工厂运营商带来10亿美元的巨额开支的方法。
安全曲线超前
核反应堆由衬有钢衬的安全壳建筑保护，该建筑的内部和外部均用混凝土加固。发生事故时，面临的挑战是，如果真皮从反应堆容器中逸出并腐蚀了混凝土地面，则要防止真皮(反应堆堆芯中的铀燃料棒熔化时形成的熔岩状材料)及其保护性金属包层进入环境。下面。在福岛第一核电站的工厂，这种事件被认为是导致高放射性物质逃逸的原因，这些物质污染了附近的土壤并泄漏到太平洋中。
核电厂运营商需要一种方法，以确保在发生事故时将放射性释放量降至最低，以保护人员和环境。一种选择是在这些工厂的通风口上安装大型过滤器，该解决方案的成本如此之高(每个工厂高达5000万美元)，以至于在某些情况下，关闭工厂会更加实际。
当一个称为BWR业主小组的行业团队探索如何解决这些问题时，他们了解了Argonne数十年来一直在进行的研究。拥有核能科学悠久历史的实验室工作人员也支持美国能源部对第一核电站事故的反应。
实验指导前进的道路
为了应对1979年宾夕法尼亚州三英里岛电厂的部分融化，阿贡大学的研究人员一直在模拟反应堆堆芯的熔化过程。他们研究了所得的皮质醇如何与混凝土相互作用，以及如何通过注入水来阻止这种相互作用。这些实验是世界上同类实验中最大的一次，核能公司共同赞助了这些实验，以支持其工厂的安全改进。
阿尔贡核工程师米奇·法默(Mitch Farmer)说：“我们基本上是把这项工作总结起来，然后在福岛第一核电站发生了事故。自1988年以来，他一直在该实验室进行严重事故分析和实验。那时，人们重新产生了兴趣。在我们正在做的工作中-特别是它如何支持该行业满足新法规要求的努力。”
美国核监管委员会(NRC)希望BWR运营商确保避免或降低严重事故期间工厂的放射性释放。
但是阿贡(Argonne)的研究表明，如果皮质醇迁移到反应堆容器外，可以通过向容器注入水，同时将放射性物质保留在安全壳内而有效地冷却-这种方法不需要新设备或对工厂进行改造。
这项研究还帮助建立了确定何时将皮质充分冷却的参数，这是防止福岛工厂操作人员出现混乱的另一个关键因素。
田纳西河谷管理局位于阿拉巴马州的布朗斯渡轮工厂的反应堆工程师专家比尔·威廉姆森说：“与冷却真皮碎片一样重要的是，它能够使您稳定下来。”他还是BWR业主小组的应急程序主席。 “阿贡的研究帮助我们了解了我们应该寻找和期望的东西。”
10亿美元的突破
鉴于核电厂在不产生温室气体排放的情况下提供了美国约五分之一的电力，因此能够更好地了解真皮相互作用的信息通报安全策略是该行业和美国的重要突破。
行业贸易协会“核能研究所”向阿贡大学的研究人员表示感谢，他们为BWR的整个舰队节省了超过10亿美元的潜在改装成本。
BWR所有者集团(由General Electric-Hitachi管理)的项目经理Phillip Ellison说：“ Argonne的团队帮助防止了多个BWR反应堆的关闭。” “我们能够确定一种既适用于运营商又适用于监管机构的战略，而阿贡的这项工作对此至关重要。”
NRC，电力研究所(EPRI)和美国工厂运营商以及国际合作伙伴一直以来都在阿贡(Argonne)开展该领域的工作。 在第一核电站事故发生后，美国能源部核能办公室的“轻水堆可持续性计划”为阿贡提供了技术支持，以应对不断发展的法规要求。 在NRC，EPRI和国际合作伙伴的支持下，将继续在阿贡(Argonne)进行这一领域的研究，以进一步告知工厂操作员在严重事故中应采取的最佳措施。