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Neuer Schnellreaktor-Entwurf für die Salzschmelze erhöht die Sicherheit von Kernenergie

Man stelle sich eine sichere Stromquelle vor, die unseren globalen Bedarf Tausende Jahre lang decken könnte, ohne Kohlendioxid zu erzeugen. Die Befürworter der Kernenergie sagen, dass diese ebendies leisten könnte. Im Rahmen eines Projekts werden neue Sicherheitsmerkmale entwickelt.

Energie

Laut eines aktuellen UN-Berichts soll die Weltbevölkerung bis zum Ende dieses Jahrhunderts auf 11 Milliarden Menschen ansteigen, sodass die Gesamtnachfrage in Bezug auf das Energieangebot steigt. Aufgrund des Treibhauseffekts und des Klimawandels sind Energielösungen mit geringer CO2-Bilanz dringend erforderlich. Kernenergie ist eine solche Option. Tatsächlich ist die EU der weltweit größte Stromerzeuger aus Kernenergie und Kernenergie ist ein fundamentaler Bestandteil des europäischen Energiefahrplans 2050. Doch in Erinnerung an die Zwischenfälle in Tschernobyl und Fukushima-Daiichi gilt es die Sicherheits- und Nachhaltigkeitsanliegen zu erfüllen, bevor eine weitläufige Übernahme erreicht werden kann. Das EU-unterstützte Projekt SAMOFAR unter dem Euratom-Forschungsprogramm hat die Konstruktion von Salzschmelze-Schnellreaktoren vorangebracht, um einen Durchbruch in der kerntechnischen Sicherheit und in der Behandlung radioaktiver Abfälle zu erzielen. Zu den Errungenschaften des Projekts zählen ein verbesserter genereller Reaktorentwurf, die Entwicklung von Bewertungsmethoden für die integrale Sicherheit, die Konstruktion von gefriersicheren Ventilen und die Gewinnung besserer Daten zum Verhalten der Salze, die in dem System verwendet werden.

Sicher, nachhaltig mit optimaler Abfallwirtschaft

Die neue Generation von Kernreaktoren muss gemäß Auslegung nach höchsten Sicherheitsnormen konstruiert werden. Wie im Fahrplan der Technologieplattform für nachhaltige Kernenergie dargelegt wird, ist die Entwicklung schneller Brutreaktoren und der damit verbundenen Kraftstoffzyklen aufgrund der höheren Kraftstoffeffizienz gegenüber Verbrennungsreaktoren besonders wichtig. „Ein Brüter produziert mehr spaltbares Material als er verbraucht, wohingegen ein Brenner mehr spaltbares Material (vor allem Plutonium) vernichtet, als er produziert“, erklärt Projektkoordinator Jan Leen Kloosterman. Der Salzschmelze-Schnellreaktor von SAMOFAR kann als Brutreaktor im Thorium-Kernbrennstoffzyklus mit In-situ-Recycling radioaktiver Elemente (bekannt als Actinoide) oder als mit Plutonium und kleinen Actinoiden betriebener Verbrennungsreaktor zur Verbrennung langlebiger nuklearer Abfälle eingesetzt werden. In dem Reaktorentwurf von SAMOFAR findet der Brennstoff- und Wärmetransport durch flüssiges Salz statt. Da das flüssige Salz dem Umgebungsdruck entspricht, kann es sich bei Erhitzung frei ausdehnen, sodass eine starke negative Reaktivitätsrückkopplung entsteht. Dies bedeutet, dass sich die Spaltreaktion im Falle einer Reaktorüberhitzung automatisch verlangsamt, während sich die Temperatur auf einem akzeptablen Niveau stabilisiert, da die Zerfallswärme aus der Umgebung entfernt wird. Bei einem Zwischenfall wird die Flüssigsalzmischung zur Entfernung der Zerfallswärme automatisch durch die „Froststopfen “ in ausfallsichere Behälter abgelassen. Die Flüssigsalzmischung wird kontinuierlich in einem integrierten Chemiewerk gereinigt. Das Team führte eine Reihe von Tests durch, um das dynamische Verhalten intern erhitzter Fluidkreisläufe (wie beispielsweise geschmolzenes Salz in einem Reaktor) und der Eigenschaften des flüssiges Salzes selbst zu untersuchen. Hierbei wurden die Spaltproduktfreisetzung, die thermophysikalischen Eigenschaften, das Phänomen des Gefrierens/Schmelzens und die Froststopfenleistung betrachtet. Darüber hinaus wurde ein Softwaresimulator entwickelt, um die Reaktion des SAMOFAR-Reaktors auf Betriebstransienten (z. B. Inbetriebnahme, Abschaltung, Lastfolgeregelung usw.) zu demonstrieren. „In Verbindung mit den Tests gab uns dies sehr hilfreiche Einblicke in das dynamische Verhalten und die Kapazitäten des Reaktors, die jeweils exzellent waren“, sagt Kloosterman.

Für eine starke EU-Atomindustrie

„Das Projekt hat zu vielen wegweisenden Codesystemen, Instrumenten und Innovationen geführt und so bereits dabei geholfen, die EU an der Speerspitze der Wissenschaft zu positionieren, die für schnelle Salzschmelze-Reaktoren erforderlich ist“, lautet das Fazit von Kloosterman. Um die Arbeit voranzubringen, entwickelt das Team jetzt die Modellierung von Salzschmelze-Schnellreaktoren und die experimentelle Validierung dieser Codes weiter, damit Zwischenfälle noch besser vermieden werden können.

Schlüsselbegriffe

SAMOFAR, nuklear, Strom, Energie, Reaktor, Kraftstoff, Spaltung, Tschernobyl, Fukushima-Daiichi, Thorium, Plutonium

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