W–LFR (Westinghouse Lead-cooled Fast Reactor)
Type: LFR, Loodgekoelde snelle reactor – VS
Zie het KernVisie nieuwsbericht met titel: “Belgisch SCK CEN, Westinghouse e.a. ontwikkelen kleine loodgekoelde kweekreactor“ van 4 december 2023 door op de titel te klikken.
Achtergrondinformatie
De W –LFR is de loodgekoelde snelle kernreactor van Westinghouse. Lood remt de neutronen niet af, waardoor ze een heel hoge snelheid hebben, als ze de splijtingen teweeg brengen in zo’n snelle reactor. Deze snelheid blijft hoog, omdat er geen remstof (moderator) is om ze af te remmen en ze in thermisch evenwicht met hun omgeving te brengen. Verder heeft het gebruik van vloeibaar lood zowel voor– als nadelen. De voordelen liggen op het gebied van de gunstige neutroneneigenschappen. Het splijtingsproces is zo in te richten, dat kweken van splijtstof plaatsvindt. De reactor is dan een kweekreactor. Ook als er geen kweken plaatsvindt blijft de splijtstof lang in de reactor zitten en is de opbrand daardoor hoog. Kweken betekent, dat per atoomkern, die splijt of transmuteert, er gemiddeld iets meer dan één nieuwe splijtbare atoomkern ontstaat. De toename is mogelijk, omdat er per splijting ongeveer drie neutronen vrijkomen, waarvan er één nodig is om de kettingreactie in stand te houden, zodat na aftrek van parasitaire verliezen er gemiddeld iets meer dan één neutron overblijft, dat na invangst in de kweekstof uranium-238 (U-238) de splijtstof plutonium-239 (Pu-239) vormt. Een kweekreactor verbruikt dus gedurende zijn bedrijfsperiode geen splijtstof. Hij produceert het. Een ander voordeel is, dat met zulke snelle reactoren de versplijting van alle transuranen, ook wel actiniden geheten, mogelijk is. Deze stoffen vormen het grootste probleem van het radioactieve afval van lichtwaterreactoren, omdat ze een halfwaardetijd hebben van soms wel honderdduizend jaar. Snelle (kweek)reactoren kunnen dus het radioactief-afvalprobleem helpen oplossen. Een nadeel van dit type is, dat door het gebruik van lood er depositie van constructiemateriaal kan optreden. Dat is een vorm van erosie, waarbij na verloop van tijd op de heetste plaatsen in de reactor constructiemateriaal in oplossing gaat, dat vervolgens neerslaat op de koudste plaatsen. Er zijn technologische oplossingen nodig om dit probleem op te lossen. Rusland, dat de loodtechnologie beheerst, bouwt een prototype loodgekoelde snelle reactor. Dat is de Brest-OD-300 (300 MWe) in Seversk. Zijn inbedrijfneming is in 2029.
Kenmerkend voor het ontwerp van Westinghouse is het bassin met vloeibaar lood in het grote reactorvat. De reactorkern bevindt zich helemaal onderin het bassin. Voorts zijn in dat loodbad nog een zestal warmtewisselaars en de koelmiddelpompen geplaatst. Ze vormen tezamen het primaire systeem. De maximale temperatuur van het lood is 550 Celsius. Het systeem is zodanig ingericht, dat in noodsituaties het wegkoelen van de nawarmte geheel passief plaatsvindt. Het secundaire systeem in aangesloten op de warmtewisselaars. Het koelmiddel in het secundaire systeem is superkritisch CO2 (s-CO2). Dat maakt een tertiair systeem overbodig. Bovendien is daardoor de turbine veel kleiner dan die van vergelijkbare lichtwaterreactoren en is ook geen koeltoren nodig.
Stand van de ontwikkeling
Een vijftal bedrijven en instituten hebben een Memorandum van Overeenstemming getekend, waarin ze een samenwerking zijn aangegaan, die is gericht op de ontwikkeling, demonstratie en commercialisatie van een kleine loodgekoelde kweekreactor (SMR–LFR). De deelnemende partijen zijn, de firma Westinghouse, het Belgische kernenergieonderzoekinstituut StudieCentrum voor Kernenergie (SCK CEN), de Roemeense firma RATEN, als ook Ansaldo Nucleare en onderzoekagentschap ENEA uit Italië. Alle deelnemende partijen hebben in meerdere of mindere mate ervaring met vloeibaar lood als koelmiddel voor kernreactoren. Ansaldo, ENEA en RATEN kregen uit het 7e Kaderprogramma van de EU subsidie voor de ontwikkeling van ALFRED, een loodgekoelde kweekreactor. SCK CEN ontwikkelde het versnellergedreven systeem (ADS) Myrrha, dat in wezen een onderkritieke reactor is en dat als koelmiddel een mengsel van vloeibaar lood en bismut gebruikt. Westinghouse ontwikkelde dus de W–LFR.
De samenwerkingsovereenkomst houdt in, dat de verschillende partijen elk hun eigen ontwikkelingslijn vervolgen. Dat betekent, dat de Italianen en de Roemenen een prototype van ALFRED zullen bouwen in de buurt van de Roemeense plaats Pitești en dat de Belgen dankzij een ontwikkelingssubsidie van € 10 miljoen van de Belgische overheid een eigen klein prototype loodgekoelde snelle reactor gaan bouwen in Mol. De partijen kwamen echter overeen, dat het ontwerp van Westinghouse ten grondslag zal liggen aan de verdere ontwikkeling van de kleine modulaire loodgekoelde snelle kweekreactor (300 – 400 MWe), die SMR-LFR heet. Het vinden van oplossingen voor het probleem van de depositie is onderdeel van de nieuwe samenwerking. De reactor zal pas na 2035 op de markt verschijnen.
