SCK CEN verdubbelt capaciteit om splijtstoffen te testen
Belgisch, nucleair onderzoekscentrum installeerde tweede PWC-installatie in BR2
Het nucleaire onderzoekscentrum SCK CEN heeft een tweede PWC-installatie in gebruik genomen. Met die installatie verdubbelt het zijn capaciteit om nieuw ontwikkelde splijtstofstaven op de proef te stellen. “In technische termen spreken we van een transiënt test. Daarbij simuleren we een plotse vermogensstijging van een reactor en controleren we onder welke stijging de cladding – de eerste fysieke barrière van de uraniumsplijtstof – faalt”, duidt projectleider Brian Boer. In de voorbije reactorcyclus werd die verdubbelde capaciteit meteen benut. “We voerden achtereenvolgens twee transiënt testen uit.”
Een auto die tegen een lantaarnpaal klapt, kantelt of frontaal botst. Geen enkel automodel mag op de markt komen zonder voor een crashtest te slagen. “Een crashtest evalueert de impact van een accident en dus de veiligheid. Wat de crashtest voor auto’s is, is de transiënt test voor nucleaire splijtstoffen”, aldus Brian Boer, splijtstofexpert bij SCK CEN. Zulke testen zijn onmisbaar om de veiligheid van kerncentrales te waarborgen. Ze tasten de veiligheidsmarges van (nieuwe) splijtstof af en vormen het sluitstuk in een licentiedossier. “In Europa zijn we de enige die deze noodzakelijke tests mag uitvoeren”, vervolgt hij. Het aanbod is dus beperkt, maar de vraag blijft groot.
De sector mag zich in de handen wrijven, want met deze tweede installatie komt er meer testcapaciteit vrij. “Toen we in 2020 onze PWC-7 installeerden, merkten we al een toenemende behoefte aan meer testcapaciteit. Destijds spraken we al over de bouw van een identiek kopie ervan”, vertelt collega en PWC-operatieleider Miquel Torres. En nu is die kopie officieel in werking gesteld, want het heeft net zijn eerste transiënt test achter de rug. De nieuwe installatie luistert naar de naam ‘PWC-8’. PWC staat voor Pressurized Water Capsule, het getal duidt op een achtste generatie ervan.
Testzekerheid
Met beide installaties verdubbelt SCK CEN niet alleen zijn capaciteit, maar kan het nucleaire onderzoekscentrum – na het falen van een splijtstofnaald – ook sneller nieuwe testen inplannen. Miquel Torres licht toe: “Als de huls faalt, detecteren we activiteit in het water van de PWC-installatie. De vrijgekomen splijtingsproducten worden netjes en veilig opgevangen. Voordat we een volgende test opstarten, moeten we de capsule en zijn watercircuit buiten de kern grondig reinigen. Dat reinigingsproces vergt tijd, omdat er geen restbesmetting van het vorige experiment mag achterblijven. Zo vermijden we dat sporen van eerdere splijtingsproducten de resultaten van een volgende test kunnen beïnvloeden. Met een tweede PWC-installatie beschikken we alvast over een ‘schone’ capsule, waardoor we geplande testen al kunnen laten doorgaan. En dat terwijl de andere, ‘vuile’ capsule wordt gereinigd en klaargemaakt. Zo houden splijtstoffabrikanten meer zekerheid over hun testplanning.”
Verloop van transiënt test
Splijtstofpinnen in een commerciële centrale zijn vier meter lange hulsen, waarin uraniumsplijtstof in keramische pellets – cilindrische tabletten van ca. 1 cm hoogte – gestapeld zijn. Voor een transiënt test voldoet een staal van ca. een halve meter. Dat laadt het nucleaire onderzoekscentrum SCK CEN in de PWC-watercapsule en positioneert het in de reactorkern van de BR2-onderzoeksreactor. De reactor draait een dag lang op laagvermogen, waarna de reactoroperatoren in amper twee minuten het vermogen verdubbelen. Door die stijging gaat de temperatuur van de testpin de hoogte in. De buitentemperatuur blijft op de normale werkingstemperatuur, maar centraal verdubbelt de temperatuur tot ruim boven 2000°C. Door de temperatuurstijging zet de splijtstof uit en oefent druk uit op de cladding.
“Zien we activiteit in het water van de PWC? Dan is de cladding gefaald, wordt de test stopgezet om in onze laboratoria van LHMA de beschadiging te onderzoeken. Is er geen activiteit? Dan houden we dat vermogen gedurende twaalf uur aan om nadien de pin op beschadigingen te onderzoeken. Denk bijvoorbeeld aan kleine barstjes die je met het blote oog niet kan zien”, verduidelijkt Brian Boer. De resultaten die uit de transiënt test vloeien, worden gebruikt om computercodes te valideren. Met die codes kunnen dan tientallen tot honderden simulaties uitgevoerd worden. Die inzichten stellen splijtstoffabrikanten in staat om veiligheidslimieten voor de uitbating van commerciële reactoren vaststellen en op een veilige manier vernieuwingen door te voeren.
