Overslaan en naar de inhoud gaan

Nieuwe reactoren en splijtstoffen

Kernenergie duurzamer maken

Uranium is de splijtstof van een reactor en wordt gewonnen uit de natuur. Natuurlijk uranium bestaat voor 0,7 procent uit splijtbaar uranium-235 en voor 99,3 procent uit niet-splijtbaar uranium-238. Om het gehalte van splijtbare atomen te verhogen, wordt het uranium vóór gebruik in kernreactoren verrijkt. De splijtstof doet ongeveer vier jaar dienst: na die periode wordt de splijtstof door nieuwe splijtstof vervangen. Toch is 95% van die gebruikte splijtstof na vier jaar reactorbedrijf nog steeds bruikbaar. Daarom blijft de sector innoveren en alternatieven zoeken om duurzamer met die natuurlijke rijkdom om te springen. Een van de alternatieven zijn reactoren van de vierde generatie, de zogenaamde ‘snelle reactoren’. Zij kunnen ook uranium-238 splijten en de gebruikte splijtstof opnieuw als brandstof gebruiken. Zo kan het volume en de radiotoxiciteit van het radioactieve afval gereduceerd worden.

SCK CEN - Nieuwe reactoren en splijtstoffen (2019)

Lood-bismut als koelmiddel

Snelle reactoren werken met snelle neutronen. Om de neutronen snel te houden, kan de reactorkern niet met water gekoeld worden. Water remt neutronen af. Gassen en vloeibare metalen zoals natrium en lood-bismut, komen wel als koelmiddel in aanmerking. SCK CEN bouwt aan MYRRHA, een onderzoeksreactor die lood-bismut als koelmiddel gebruikt. De keuze van het koelmiddel bepaalt de verdere uitwerking van het ontwerp. Welke splijtstoffen kunnen er in de kern? Uit welke structuurmaterialen bestaan o.a. het reactorvat en de koelkringlopen? Hoe gedraagt dat vloeibare metaal zich als koelmiddel? Elk aspect wordt nauwgezet bestudeerd om een veilige uitbating van die reactoren te garanderen.

Openstaande vraagstukken

Om elk aspect aan de realiteit te toetsen, beschikt het onderzoekscentrum over hoogtechnologische laboratoria en state-of-the-art berekeningscodes.

  • SCK CEN - Nieuwe reactoren en splijtstoffen (2019)

    Straling nabootsen

    In tegenstelling tot de huidige, watergekoelde reactoren werken snelle reactoren bij een hogere temperatuur. Snelle neutronen beïnvloeden de structuurmaterialen anders. SCK CEN simuleert die omstandigheden in zijn BR2-onderzoeksreactor en analyseert de schade van de materialen. Dat geeft een reëel beeld van hoe de structuurmaterialen zich in de toekomstige reactor zal gedragen. Om de reactorfysica achter snelle reactoren te bestuderen, bouwde SCK CEN de VENUS-reactor om tot een ‘mini MYRRHA’: een schaalmodel van versneller aangestuurde systemen, beter bekend als Accelerator Driven Systems (ADS).

  • SCK CEN - Nieuwe reactoren en splijtstoffen (2019)

    Lood-bismut als koelmiddel valideren

    In de technologiehal staan verschillende experimenten voor de toekomstige, innovatieve onderzoeksinfrastructuur MYRRHA opgesteld. Met die experimenten wil het onderzoekscentrum lood-bismut als koelmiddel valideren. Enerzijds gaan onderzoekers na of de koeling van de reactorkern voldoende blijft, ook als lood-bismut niet actief met pompen door de kern geduwd wordt. Anderzijds testen ze verschillende structuurmaterialen, omdat lood-bismut in meer of mindere mate corrosief is voor de meeste staalsoorten.

MYRRHA: Een wereldwijd unicum 

MYRRHA (Multi-purpose hYbrid Research Reactor for High-tech Applications) is een veelzijdige onderzoeksinfrastructuur, maar bovenal een unicum. Het is ’s werelds eerste onderzoeksreactor die door een deeltjesversneller wordt aangedreven en met het vloeibare metaal lood-bismut gekoeld wordt. MYRRHA opent de weg naar veelbelovende technologieën en toepassingen, bijvoorbeeld om het beheer van nucleair afval te optimaliseren, nieuwe medische radio-isotopen te produceren en materiaalonderzoek uit te voeren.

Innovatie in kerntechnologie. Door te innoveren, stimuleren we niet enkel de ontwikkeling van GEN IV-reactoren. Met ons onderzoek willen we ook het ontwerp van huidige splijtstoffen veiliger maken.
Marc Verwerft, expert in splijtstofmaterialen
SCK CEN - Nieuwe reactoren en splijtstoffen (2019)

Accident tolerante splijtstoffen: game-changer in nucleaire sector

Hoe ziet het huidige ontwerp van splijtstoffen er dan uit? De uraniumsplijtstof is samengeperst in keramische pellets: cilindrische tabletten van ca. 1 cm hoogte die in lange buizen worden gestapeld. Het omhulsel van die buizen was oorspronkelijk roestvast staal, maar dat materiaal werd in de jaren ’60 door een legering van zirconium vervangen. Waarom? Zirconium is chemisch resistent, transparant voor neutronen en bestand tegen extreme omstandigheden in de reactorkern. Er is echter ook een nadeel aan zirconium verbonden: bij oververhitting reageert het met zuurstof. Bij een kernramp waarbij de kern niet gekoeld wordt en de noodkoeling niet kan opstarten, kan die versnelde oxidatie de situatie verergeren. Daarom onderzoeken wetenschappers of ze nieuwe materialen kunnen ontwikkelen: materialen die alle voordelen van zirconium behouden en beter tegen oververhitting beschermd zijn. SCK CEN draagt actief bij aan het ontwerp van die zogenaamde ‘accident tolerant fuels’. In kader van het IL TROVATORE-project bestudeert het onderzoekscentrum samen met dertig partners concepten, die nog in een vroege fase van ontwikkeling zitten. Diverse materialen en coating worden ontwikkeld, in laboratoria getoetst en op stralingsbestendigheid in de BR2-onderzoeksreactor getest.

Deel deze pagina