De micro– en minikernreactoren komen er aan

Een kenmerk van een microkernreactor is, dat hij inclusief de apparatuur voor energieconversie in een standaard transportcontainer van 12 meter, ofwel een 40 ft container, past. Voor een minikernreactor zijn dat enkele containers. Het vermogen van een microreactor is kleiner dan 20 MWe. Dat van een minireactor bedraagt enkele tientallen MWe.
Het Amerikaanse energieministerie DoE °) heeft een viertal programma’s voor de ontwikkeling van zulke kleine reactoren. Elk programma is gericht op een apart aspect. De Amerikaanse kernenergieonderzoekcentra werken samen op dit gebied. Argonne National Laboratory (ANL) heeft daarbij het voortouw. Dergelijke kleine reactorsystemen voldoen niet aan de regels en voorschriften van de Amerikaanse vergunningverlener NRC °°). Deskundigen van ANL helpen de vergunningverlener bij het vaststellen van de eisen, waaraan de kleine reactoren moeten gaan voldoen. In de praktijk zal dat er op neer komen, dat deze reactoren aantoonbaar in hoge mate inherent en passief veilig zijn en dat een kernsmeltongeval met een radioactieve lozing is uitgesloten.
Een microreactorsysteem, waarover betrekkelijk veel bekend is, heet Holos. Er zijn verschillende eenheidsgrootten. De kleinste levert 3 MWe. De reactor heeft een splijtstofpatroon, die bestaat uit grafiet met kanalen voor de koeling. Het grafiet bevat een matrix met geavanceerde splijtstof in de vorm van kleine gecoate bolletjes ofwel coated particles, die de kernsplijtingsproducten vasthouden tot hoge opbrand en hoge temperatuur. Deze splijtstof staat bekend onder het acroniem TRISO. TRISO is een samenvoeging van tristructural isotropic, ofwel drie structuurmaterialen en bolvormig. Gaande van binnen naar buiten is er eerst het splijtstofbolletje, in de vorm van uraniumdioxide, –carbide of –oxicarbide met een diameter van 0,5 millimeter, dan een poreuze koolstoflaag, een dichte koolstoflaag, een laag van siliciumcarbide (SiC) en tenslotte nog een koolstoflaag. De buitendiameter is 0,92 millimeter. De coatings werken als insluiting. Dat wil zeggen, dat de kernsplijtingsproducten er tot een temperatuur van 1600 Celsius niet uit kunnen lekken. Een veiligheidsomhulling in de vorm van een dubbel gebunkerd reactorgebouw is dan niet nodig uit oogpunt van interne veiligheid. De reactor heeft een negatieve temperatuurcoëfficiënt en na een ongeluk vindt de afvoer van de vervalwarmte geheel passief plaats. De verrijkingsgraad is 15%. Afhankelijk van het gebruik vindt splijtstofwisselen plaats na 12 tot 20 jaar. De uitgeputte patroon past in zijn geheel in een opslagvat voor radioactief afval. Door de koelkanalen stroomt helium. Het opgewarmde helium geeft zijn energie af aan een gesloten gasturbine, waarna het in een warmtewisselaar verder afkoelt en een compressor het helium weer door de splijtstofpatroon perst. De thermodynamische cyclus heet gesloten Braytoncyclus. In de warmtewisselaar verdampt aan de secundaire zijde een organisch koelmiddel. De gevormde damp geeft zijn energie af aan een tweede turbine, waarna het in een luchtgekoelde condensor condenseert. Een pomp stuurt het condensaat weer naar de warmtewisselaar. De thermodynamische cyclus heet Rankinecyclus. Hij is vergelijkbaar met de water/stoomcyclus van een gewone kerncentrale. Het gezamenlijke rendement van de beide turbines is 60%. Het systeem is zelfregelend. Het vermogen past zich dus aan de elektriciteitsvraag aan. Er is geen bedienend personeel en de bewaking vindt op afstand plaats.
Een variant is de Holos Quad, waarbij vier splijtstofpatronen tegen elkaar aan zijn geplaatst, zodat ze tezamen een reactorkern vormen. De patronen bevinden zich eveneens in een transportcontainer van 12 meter en hebben het conversiesysteem gemeenschappelijk. Het vermogen is 13 MWe.
Er is ook nog een Holos Titan, waarbij elke container een grotere onderkritieke splijtstofpatroon bevat. Het conversiesysteem zit in een aparte container. Door een viertal patronen tegen elkaar aan te plaatsen ontstaat weer een reactorkern. Het conversiesysteem is opgeschaald. Het vermogen is 60 MWe.

Meer informatie:
http://www.holosgen.com/
https://engrxiv.org/jzac9/

°) DoE: Department of Energy, Washington DC
°°) NRC: Nuclear Regulatory Commission, Washington DC

Terug naar het nieuwsoverzicht