SCK CEN verzekert veiligheid van nucleaire innovatie
Installatie SCK CEN stelt splijtstofstaven verregaand op de proef
Al sinds 1976 stelt SCK CEN nieuw ontwikkelde splijtstofstaven verregaand op de proef. Die test vormt het sluitstuk in het veiligheidsdossier. Vorig jaar verving het onderzoekscentrum zijn installatie, waarmee het nu – als enige in Europa – die testen uitvoert. “Wat een kopie van de vorige versie moest worden, werd een installatie met meer mogelijkheden en meer meetinstrumentatie”, vertelt projectleider Brian Boer.
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 Marc Verwerft, splijtstofexpert bij SCK CEN. Een transiënt test simuleert een plotse vermogensstijging van een reactor. Bedoeling is om af te tasten welke vermogensstijging de splijtstofhuls – de eerste fysieke barrière van de uraniumsplijtstof – doet falen.
Transiënt testen zijn onmisbaar om de veiligheid van kerncentrales te waarborgen. De BR2-onderzoeksreactor van SCK CEN is de enige in Europa, die dergelijke noodzakelijke tests kan uitvoeren. “We leveren die dienstverlening al sinds 1976, maar recent namen we een vernieuwde installatie in gebruik”, vertelt Verwerft. Die installatie heet PWC7. PWC staat voor Pressurized Water Capsule, het getal duidt op een zevende generatie ervan. “Wat een kopie van de vorige versie moest worden, werd een installatie met meer mogelijkheden en meer meetinstrumentatie”, vertelt projectleider Brian Boer.
Hoogste accuraatheid
De meetinstrumentie laat toe om meer factoren in kaart te brengen. Wat is de temperatuur in het water van de capsule waarin de onderzoekers de splijtstofpin hebben geplaatst? Hoe heet wordt de splijtstofhuls? Hoe zet de pin uit tijdens bestraling? Verandert de diameter van de huls? Welke neutronen- en gammaflux meten we? Welke inwendige druk ervaart de splijtstofpin? En dat alles aan de hoogste accuraatheid. Marc Verwerft licht toe: “Om die repetitieve accuraatheid te bevestigen, hebben we de voorbije twee jaar tal van kwalificatietesten uitgevoerd: zowel met dummy-splijtstofpinnen als met echte splijtstofstaven. De vernieuwde installatie voldoet aan alle hoge kwaliteits- en veiligheidseisen. Ze is dus klaar voor de volgende stap: de eerste commerciële transiënt test. Die staat gepland in het tweede semester van 2021.”
Verloop test
Dan komt de vraag: hoe verloopt een transiënt test? Hoe bootst SCK CEN na dat een commerciële kerncentrale ‘door zijn transiënt gaat’? De splijtstofpinnen die het onderzoekscentrum ontvangt, werden al enkele jaren in normale omstandigheden bestraald. Splijtstofpinnen in een commerciële centrale zijn vier meter lange buizen, waarin uraniumsplijtstof in keramische pellets – cilindrische tabletten van ca. 1 cm hoogte – gestapeld zijn. “Voor onze transiënt test nemen wij een staal van een halve meter, laden we die in een PWC-watercapsule en positioneren we die in de reactorkern van BR2”, aldus Brian Boer.
Die positie is nauwkeurig berekend om een ongeval te kunnen nabootsen. De reactor draait een dag lang op laag vermogen, 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 temperatuursstijging zet de splijtstof uit en oefent druk uit op de huls. “Zien we activiteit in het water van de PWC? Dan is de huls gefaald, wordt de test stopgezet en de beschadiging onderzocht. 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.”
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. “Een transiënt test tast de veiligheidsmarges van splijtstof af en is het sluitstuk van een licentiedossier. Met onze experimenten stellen we de industrie in staat om op een veilige manier vernieuwingen door te voeren”, besluit projectleider Brian Boer.
Grotere capaciteit
De PWC7 kan – naast de nucleaire crashtest – ook voor andere doeleinden ingeschakeld worden. Ten eerste kunnen klanten laten nagaan hoe splijtstoffen reageren, wanneer kerncentrales meer op energiepieken en –dalen inspelen en het vermogen vaker schommelt. Ten tweede kunnen ze opbrandlimieten laten testen en ten derde nieuwe materialen op de proef laten stellen. SCK CEN denkt al aan een PWC8 en PWC9 om de capaciteit te kunnen vergroten.
SCK CEN geeft nieuwe dimensie aan nucleair onderzoek
Impactvolle wetenschap wordt gevormd voor en door mensen