Hogetemperatuurreactor

Een hogetemperatuurreactor (HTR of pebble bed reactor) is een tweede generatie kernreactor; in plaats van water gebruikt men pyrolytisch grafiet als neutronenmoderator gebruikt. Als koelstof gebruikt men een inert of semi-inert gas zoals helium, stikstof of kooldioxide; dit gas kan dan direct een gasturbine aandrijven. Het concept is door Rudolf Schulten in de jaren 50 ontwikkeld. Dit type reactor kan in een kerncentrale worden toegepast om elektriciteit te produceren.

Inhoud 1 Geschiedenis 2 Veiligheid 3 Brandstof 3.1 Constructie 3.2 Einde van de levenscyclus 4 Zie ook

[bewerk] Geschiedenis

• Een reactor van 15 MW elektrisch vermogen op het Forschungszentrum Jülich in Jülich, Duitsland op 26 Augustus 1966. De proefeenheid was actief tot 1989.
• De THTR-300 in Hamm-Uentrop- Duitsland (1983 - 1988)- Gesloten wegens technische problemen.

• De Volksrepubliek China heeft in 2003 aangegeven tot 2020 30 stuks van dit type reactor te bouwen.

Er zijn tot nu toe geen HTR reactors op het hoogspanningsnet aangesloten.

[bewerk] 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 besturingstechnologie gebruikt, wat mogelijk storingen kan veroorzaken, al dan niet door menselijk falen.

[bewerk] Brandstof

[bewerk] 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 één 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-reactiecoëfficiënt: 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.

[bewerk] 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 balletje 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 splijtstofballetjes veel verder wordt opgebruikt dan in een conventionele centrale. Er kan dus veel minder bruikbaar uranium teruggewonnen worden waardoor dit niet langer rendabel is.

[bewerk] Zie ook

• Derde generatie kernreactors
• Vierde generatie kernreactors
• Lijst van reactortypen