Kleine modulaire hoge temperatuur reactor gooit hoge ogen

De Xe-100 is een SMR met een Hoge Temperatuur Gasgekoelde Reactor (HTGR). X-Energy Reactor Company LLC ontwikkelt deze reactor en kreeg daarvoor een subsidietoezegging van $ 1,2 miljard (€ 1,1 miljard) van het Amerikaanse Energieministerie Department of Energy (DoE). De eerste vier reactoren komen naast de Columbia kerncentrale in de staat Washington. X-Energy sloot daartoe een overeenkomst af met de eigenaar van die kerncentrale, Energy Northwest. Het voornemen van de beide bedrijven is om elders in de staat nog acht reactoren te bouwen. Verder selecteerde het chemieconcern DOW de reactor voor zijn fabriek in Texas. DOW en DoE dragen de voorbereidingskosten samen. X-Energy en DOW zullen op korte termijn een vergunningaanvrage voor de bouw indienen bij de Amerikaanse vergunningverlener Nuclear Regulatory Commission (NRC). Het doel is om met de bouw in 2026 te beginnen. Het ontwerp van de kerncentrale bestaat uit vier eenheden, die elk 80 MWe leveren. In plaats van elektriciteit kunnen ze ook hoge temperatuur warmte produceren voor industriële toepassing of voor waterstofproductie door water thermisch te splitsen. Het vermogen is dan 200 MWth bij een temperatuur van 750 Celsius.

De Canadese vergunningverlener Canadian Nuclear Safety Commission (CNSC) gaf in januari 2024 een positief oordeel af over het ontwerp. Dat gebeurde in het kader van een beoordeling, die aan de feitelijke vergunningaanvrage vooraf gaat.

X-Energy ontwikkelt niet alleen de reactor, maar ook de kogelvormige splijtstofelementen. Zo’n splijtstofelement is een grafietkogel met een diameter van 6 cm. In elk element zitten 18 000 kleine splijtstofbolletjes (diameter 0,5 mm), die allemaal zijn voorzien van enkele coatings. De diameter van het gecoate bolletje is ongeveer 0,9 mm. De buitenste coating is siliciumcarbide (SiC). Deze splijtstofvorm staat bekend onder het acroniem TRISO. De coatings zijn tot een temperatuur van 1600 Celsius ondoordringbaar voor kernsplijtingsproducten. Dat betekent, dat beneden die temperatuur alle radioactieve stoffen in de uranium bolletjes opgesloten blijven. De splijtstof is een mengsel van uraniumcarbide (UC) en uraniumdioxide (UO2) en heet uraniumoxicarbide (UCO). Haar verrijkingsgraad is 15,5%.

Bij het ontwerp van de reactor is er rekening mee gehouden, dat de splijtstoftemperatuur onder alle omstandigheden en op alle plaatsen in de reactor lager blijft dan 1600 Celsius. Zelfs bij een ongeval, waarbij alle koeling wegvalt en de reactorkern opwarmt vanwege de nawarmte, de  vervalwarmte van de radioactieve stoffen. Een actieve noodkoeling van de reactor is overbodig. De noodkoeling is geheel passief. Door geleiding  en stralingswarmte stroomt de nawarmte naar de omgeving weg. Omdat de reactor een negatieve temperatuurcoëfficiënt heeft, schakelt de reactor zichzelf uit bij zo’n ongeval. Vanwege het vrij grote vermogen van 200 MWth zit de reactor in een lang slank reactorvat, waarin continu 220 000 kogelvormige splijtstofelementen langzaam van boven naar beneden zakken. Splijtstofwisselen gebeurt tijdens het reactorbedrijf. De splijtstofelementen gaan zes keer door de reactor en zijn dan uitgeput. De overreactiviteit van de reactor is daardoor heel klein. Vanwege al deze goede eigenschappen is de reactor in hoge mate inherent veilig. De koeling van de reactorkern vindt plaats met helium, dat van bovenaf door de kern stroomt en dan zijn warmte afgeeft in een stoomgenerator of een warmtewisselaar. Die component bevindt zich schuin onder het reactorvat.

De kogelbedreactor is in de jaren zestig van de vorige eeuw ontwikkeld in Jülich/Duitsland. Aanvankelijk was hij een redelijk succes. Toen de weerzin van de Duitsers tegen kernenergie toenam, is de ontwikkeling gestopt en is de technologie overgedragen aan China. Voorgaande reactoren van de Xe-100, inclusief de Duitse, waren niet altijd een succes vanwege optredende materiaalproblemen, die samenhingen met de hoge temperatuur aan de uitgang van 950 Celsius.

Een toelichting op het ontwerp van de Xe-100 staat elders op de website. U kunt haar lezen door hier te klikken.

Meer informatie:
https://x-energy.com/reactors/xe-100
https://x-energy.com/media/news-releases/canadian-pre-licensing-xe-100-advanced-small-modular-reactor