Vi kan vara på randen av ett nytt paradigm för kärnkraft, föreslog en grupp kärnkraftsspecialister nyligen i The Bridge, tidskriften för National Academy of Engineering. På samma sätt som stora, dyra och centraliserade datorer gav vika för dagens utbredda datorer, är en ny generation av relativt små och billiga fabriksbyggda reaktorer, designade för autonom plug-and-play-drift som liknar att koppla in ett överdimensionerat batteri. vid horisonten, säger de.

Dessa föreslagna system skulle kunna ge värme till industriella processer eller elektricitet till en militärbas eller ett grannskap, köras utan uppsikt i fem till tio år och sedan transporteras tillbaka till fabriken för renovering. Författarna—Jacopo Buongiorno, MIT:s TEPCO-professor i kärnvetenskap och teknik; Robert Frida, en grundare av GenH; Steven Aumeier från Idaho National Laboratory; och Kevin Chilton, pensionerad befälhavare för U.S.S. Strategic Command – har kallat dessa små kraftverk "kärnbatterier". På grund av deras enkelhet i drift kan de spela en viktig roll för att minska koldioxidutsläppen i världens elsystem för att förhindra katastrofala klimatförändringar, säger forskarna. MIT News bad Buongiorno att beskriva sin grupps förslag.

F:Idén med mindre, modulära kärnreaktorer har diskuterats i flera år. Vad gör det här förslaget om kärnbatterier annorlunda?

S:Enheterna vi beskriver tar konceptet med fabrikstillverkning och modularitet till en extrem. Tidigare förslag har tittat på reaktorer i intervallet 100 till 300 megawatts elektrisk effekt, vilket är en faktor 10 mindre än de traditionella stora bestarna, de stora kärnreaktorerna i gigawattskalan. Dessa skulle kunna monteras av fabriksbyggda komponenter, men de kräver fortfarande en del montering på platsen och en hel del förberedelsearbete. Så det är en förbättring jämfört med de traditionella växterna, men det är ingen stor förbättring.

Det här kärnbatterikonceptet är verkligen en annan sak på grund av den fysiska skalan på dessa maskiner - cirka 10 megawatt. Den är så liten att hela kraftverket faktiskt är byggt i en fabrik och får plats i en standardcontainer. Tanken är att montera in hela kraftverket, som består av en mikroreaktor och en turbin som omvandlar värmen till el, i behållaren.

Detta ger flera fördelar ur ekonomisk synvinkel. Du frikopplar helt dina projekt och din teknik från byggarbetsplatsen, som har varit källan till alla möjliga förseningar och kostnadsöverskridanden för kärnkraftsprojekt under de senaste 20 åren.

På så sätt blir det en slags energi på begäran. Om kunden vill ha antingen värme eller el kan de få det inom ett par månader, eller till och med veckor, och då är det plug and play. Den här maskinen kommer till platsen och bara några dagar senare börjar du få energi. Så det är en produkt, det är inte ett projekt. Det är så jag gillar att karakterisera det.

F:Du talar om att sådana enheter potentiellt ska vara spridda, även i bostadsområden för att driva hela stadsdelar. Hur säkra kan människor vara när det gäller säkerheten för dessa anläggningar?

S:Den är exceptionellt robust – det är en av försäljningsargumenten. För det första är det faktum att det är litet bra av en mängd olika anledningar. För det första är den totala mängden värme som genereras proportionell mot effekten, som är liten. Men ännu viktigare är att den har ett högt förhållande mellan yta och volym eftersom den är liten, vilket gör det mycket lättare att hålla sval under alla omständigheter. Den kyls passivt, till en punkt där ingen behöver göra någonting. Du behöver inte ens öppna en ventil eller något. Systemet sköter sig självt.

Den har också en mycket robust inneslutningsstruktur som omger den för att skydda mot utsläpp av strålning. Istället för den traditionella stora betongkupolen finns stålskal som i princip kapslar in hela systemet. Och när det gäller säkerhet, på de flesta platser, föreställer vi oss att dessa skulle ligga under betyg. Det ger visst skydd och fysisk säkerhet från externa angripare.

När det gäller andra säkerhetsfrågor, vet du, om du tänker på de berömda kärnkraftsolyckorna, Three Mile Island, Chernobyl, Fukushima, så förmedlas alla dessa tre frågor av utformningen av dessa kärnkraftsbatterier. Eftersom de är så små är det i princip omöjligt att få den typen av resultat från något händelseförlopp.

F:Hur vet vi att dessa nya typer av reaktorer kommer att fungera, och vad skulle behöva hända för att sådana enheter ska bli allmänt tillgängliga?

S:NASA och Los Alamos National Laboratory har gjort ett liknande demonstrationsprojekt, som de kallade en mikroreaktor, för rymdtillämpningar. Det tog dem bara tre år från designstart till tillverkning och testning. Och det kostade dem 20 miljoner dollar. Det var storleksordningar mindre än traditionella stora kärnkraftverk som lätt kostade en miljard plus och som tar ett decennium eller mer att bygga.

Det finns också olika företag där ute som nu utvecklar sin egen design, och alla är lite olika. Westinghouse arbetar redan på en version av sådana kärnbatterier (även om de inte använder den termen), och de planerar att driva en demonstrationsenhet om två år.

Nästa steg blir att bygga en pilotanläggning vid ett av de nationella laboratorierna som har omfattande utrustning för att testa kärnreaktorsystem, såsom Idaho National Laboratory. De har ett antal anläggningar som håller på att modifieras för att rymma dessa mikroreaktorer, och de har extra lager av säkerhet. Eftersom det är ett demonstrationsprojekt vill du se till att om något händer du inte förutsett, att du inte har några utsläpp till miljön.

Sedan kunde anläggningen gå igenom ett accelererat testprogram och utsätta den för mer extrema förhållanden än vad som någonsin skulle kunna uppstå vid normal drift. Du missbrukar det i grunden och visar genom direkta tester att det kan ta alla externa belastningar eller situationer utan att överskrida några felgränser. Och när det väl har bevisats där under rigorösa förhållanden, kan omfattande kommersiella installationer börja ganska snabbt.

Dessa kärnkraftsbatterier är idealiska för att skapa motståndskraft i mycket olika sektorer av ekonomin, genom att tillhandahålla en stadig pålitlig kraftkälla för att backa upp det ökande beroendet av intermittenta förnybara energikällor som sol och vind. Och dessa högdistribuerade system kan också hjälpa till att lindra trycket på nätet genom att placeras precis där deras produktion behövs. Detta kan ge större motståndskraft mot eventuella störningar i nätet och praktiskt taget eliminera problemet med överföringsförluster. Om dessa blir så utbredda som vi föreställer oss kan de ge ett betydande bidrag till att minska världens utsläpp av växthusgaser.