Keramisch constructiemateriaal voor veiliger splijtstofelement

Siliciumcarbide (SiC) is een van de meest stabiele materialen, die er bestaan. Dit materiaal is onder andere met succes getest als coating ter bescherming van de bolvormige splijtstofelementen van de Duitse Hoge Temperatuur Reactor (HTR). Het Amerikaanse bedrijf General Atomics (GA) paste het ook toe in zijn nieuw ontwikkelde gasgekoelde HTR en gaf het de merknaam SiGA. Het is een keramisch composiet, dat bestaat uit monolithisch SiC en dat is gewapend met buigzame SiC-vezels. Ongeveer op dezelfde wijze als de ijzeren staven in gewapend beton.

SiGA is ook geschikt voor toepassing in de splijtstofelementen van kokendwaterreactoren. Voor de ontwikkeling van dergelijke elementen zijn Framatome en GA een samenwerking aangegaan. Framatome is ’s werelds grootste leverancier van splijtstofelementen voor kokendwaterreactoren. Zo’n splijtstofelement bestaat uit een splijtstofkanaal in de vorm van een lange vierkante koker, waarin de bundel van de splijtstofstaven is geplaatst. Zowel de pijpen van de splijtstofstaven als de koker zijn gemaakt van de zirkoniumlegering Zircaloy, dat voor meer dan 90% uit zirkonium (Zr) bestaat. Een kokendwaterreactor heeft dus veel zirkonium in zijn reactorkern. Zo’n 60% van het zirkonium bevindt zich in de pijpen en de resterende 40% in de kokers. Het voordeel van zirkonium is dat het weinig neutronen absorbeert. Het nadeel, dat het bij een temperatuur boven 900 Celsius reageert met stoom, waarbij waterstof ontstaat. Het verminderen van de hoeveelheid zirkonium met 40% in de kokendwaterreactor leidt tot een veiliger splijtstof. Framatome en GA hebben een schaalmodel gemaakt van zo’n koker, dat ORNL °) in zijn Hoge Flux Reactor gaat testen. De verwachting is, dat de nieuwe kokers niet alleen de veiligheid, maar ook de economie ten goede komen.

Ongeveer een derde deel van de Amerikaanse lichtwaterreactoren is een kokendwaterreactor. De reactoren van Fukushima, waarin daadwerkelijk waterstofexplosies plaatsvonden, waren ook kokendwatereactoren.

Boven 1300 Celsius reageert ook SiC met stoom. Er ontstaat echter geen waterstof, maar methaan (CH4).

Het ontwikkelen en testen van de veiliger splijtstof krijgt in het kader van het EATF-programma °°) financiële ondersteuning van het Amerikaanse Department of Energy (DoE).

Het KernVisie nieuwsbericht van 11 juni 2019 was gewijd aan de ontwikkeling van veiliger splijtstofstaven en is getiteld: Framatome ontwikkelt en test extra veilige splijtstofelementen.

Meer informatie:
http://www.ga.com/general-atomics-and-framatome-join-forces-on-nuclear-reactor-channel-boxes
http://www.ga.com/siga-sic-composite

°)  ORNL: Oak Ridge National Laboratory, TN

°°) EATF: Enhanced Accident Tolerant Fuel

Terug naar het nieuwsoverzicht