Home Alle Andere Ballen HTR-brandstof bal

HTR-brandstof bal


Een
HTR-brandstof bal is een nieuwere "vorm" van brandstof toegepast in een Hoge Temperatuur Reactor (HTR). Heel simpel gezegd: uranium omhuld met grafiet in de vorm van een balletje.
In elke HTR-brandstof bal zijn circa 10.000 uraniumkorreltjes ingebed, elk lekdicht verpakt in vier coatings. Volgens deskundigen is de HTR of "
Pebble bed reactor" (Korrelbedreactor) een veilige kernreactor. Met deze "veilige" kernreactor moeten ongelukken, zoals de gevreesde meltdown, niet meer mogelijk zijn. Aldus de geleerden.

Een HTR is een tweede generatie kernreactor; in plaats van water gebruikt men pyrolytisch grafiet als neutronen-moderator. Als koelstof gebruikt men een inert of semi-inert gas zoals helium, stikstof of kooldioxide; dit gas kan dan direct een gasturbine aandrijven.
Dit type reactor kan in een kerncentrale worden toegepast om electriciteit te produceren.
Het concept is door de Duitser
Dr. Rudolf Schulten, een professor aan de RWTH Aken Universiteit, in de jaren 50 ontwikkeld.
De HTR-reactoren van tegenwoordig zijn veelal VHTR-reactoren (Very High Temperature Reactor).
In n reactor kunnen ongeveer 330 duizend HTR-brandstof ballen zitten en 110 duizend ballen van puur grafiet.

HTR-brandstof bal
In n reactor kunnen ongeveer 330 duizend HTR-brandstof ballen zitten

Veiligheid:
Als de kern van de reactor te warm wordt, regelen natuurkundig vastliggende processen de productie van warmte terug. Dit zou inherent veiliger zijn dan de huidige technologie, die een systeem van opnemers, regelaars en besturings-technologie gebruikt, wat mogelijk storingen kan veroorzaken, al dan niet door menselijk falen.
Een ander voordeel van dit type reactor is dat hij niet stilgezet hoeft te worden om de brandstof te vervangen. De HTR-brandstof ballen kunnen in een continu proces worden afgevoerd en bijgevuld. Het stilleggen en weer opstarten van een kernreactor zijn de meest risicovolle momenten in het hele bedrijfsproces. Hoe minder vaak dat hoeft te gebeuren, hoe beter.

Constructie:
De belangrijkste innovatie bij de HTR is de splijtstof; deze is net als bij conventionele kerncreactoren gemaakt van uranium, maar is dan in de vorm van balletjes aanwezig, in plaats van in grote staven. Deze balletjes bestaan uit een omhulsel van grafiet met hierin hele kleine brandstofelementjes van ongeveer 1 mm doorsnede. Deze elementjes bestaan uit verschillende lagen. De buitenste laag is gemaakt van een soort grafiet dat tegen hoge temperaturen bestand is. De tweede laag bestaat uit siliciumcarbide, en de derde laag is weer gemaakt van het hittebestendige grafiet. De laatste laag tussen de schil en de kernbrandstof is gemaakt van poreus grafiet; hier binnenin zit uraniumoxide, wat splijt en hierbij straling en warmte produceert. Er zitten ongeveer 10.000 van deze kleine brandstofelementjes in n grafietballetje van 60 mm doorsnede.
Het bijzondere van deze constructie is het feit dat er niet meer warmte wordt geproduceerd dan er wordt afgevoerd. Dit komt door de negatieve temperatuur-reactiecofficint: als het brandstofballetje warmer wordt, neemt het aantal kernsplijtingen af, en hierdoor daalt ook de temperatuur weer. Dit effect wordt veroorzaakt doordat met toenemende temperatuur ook de uraniumoxide in volume toeneemt, en in het poreuze grafiet drukt. Doordat de afstand tussen de uraniumatomen toeneemt, wordt de trefkans van de vrijkomende neutronen op een volgend uraniumatoom kleiner, waardoor er minder kernsplijtingen plaatsvinden en het uranium afkoelt en weer krimpt. Hierdoor zou een kernramp als bij Tsjernobyl niet meer mogelijk zijn.

Einde van de levenscyclus:
Na een periode van drie jaar in de reactor is de reactiviteit zo sterk afgenomen, dat de balletjes vervangen moeten worden.
Omdat de balletjes zelf al een duurzame en sterke schil van speciaal gehard grafiet bezitten, is het onverstandig om deze open te breken en op te werken zoals nu bijvoorbeeld met de splijtstofelementen uit de kerncentrale in Borssele gebeurt. Na transport in een afgeschermde container, zoals dat nu ook met splijtstofstaven gebeurt, worden de balletjes eerst voorlopig opgeslagen. Na een periode van 10 jaar is de productie van warmte en straling zo ver afgenomen, dat ze opgeslagen kunnen worden als middelhoog radioactief afval in een roestvrijstalen vat. Door de constructie van de balletjes is de brandstof immers al van de lucht afgeschermd. Na nog eens een tijdelijke opslag van 10 tot 50 jaar kunnen de brandstofelementen definitief opgeborgen worden.
Een tweede reden om de balletjes niet opnieuw op te werken, is dat het uranium in de HTR-brandstof balletjes veel verder wordt opgebruikt dan in een conventionele centrale. Er kan dus veel minder bruikbaar uranium teruggewonnen worden, waardoor dit niet langer rendabel is.

Ook aantrekkelijk van de HTR is de afmeting van een dergelijke reactor. Het zijn kleine reactoren die ongeveer 20 megawatt produceren, voldoende om een grote fabriek van warmte en elektriciteit te voorzien. De bestaande kerncentrales produceren al gauw zo'n 1000 megawatt.
In Nederland wordt sinds 1996 op het onderzoeksinstituut NRG in Petten onderzoek gedaan naar de HTR-reactor.
In China, Japan, de Verenigde Staten en Duitsland zijn varianten van de HTR-reactor,
PBMR-reactoren (Pebblebed Modular Reactor) reeds operationeel; voor Zuid Afrika staat een ontwerp op de tekentafel.

  • Hieronder een schematische weergave van een HTR-brandstof bal.

HTR-brandstof bal_schema

Volg Balpoint op Twitter en blijf op de hoogte van alle nieuwtjes