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Prinzip eines bleigekühlten Reaktors

MYRRHA ist ein bleigekühlter Reaktor annektieren Partikelbeschleuniger dass es Studienzentrum für Kernenergie will bis 2036 auf seinen Standorten in 36 Mol. Es ist eine englische Abkürzung, die für steht ichMehrzweck HjaBraut Rforschen RFaktor für huhHigh-Tech einAnwendungen (multifunktionaler Hybrid-Forschungsreaktor für High-Tech-Anwendungen). MYRRHA wird der Nachfolger des BR2-Forschungsreaktor.

Die Installation kann zwei Formen annehmen. Einerseits kann MYRRHA so konfiguriert werden, dass die Erforschung der Spaltung langlebiger Atommüll (Transmutation). Es gibt ein Setup mit Partikelbeschleuniger und unterkritisch Kern erforderlich. Andererseits kann MYRRHA auch mit einem kritischen Kern und ohne Teilchenbeschleuniger arbeiten. In dieser Konstellation wird es zur Entwicklung der Kernreaktoren der vierten Generation, insbesondere vom Untertyp bleigekühlter schneller Spektrumreaktor (LFR).

Darüber hinaus ermöglicht der Teilchenbeschleuniger die Erforschung und Herstellung von Radioisotope und ermöglicht Grundlagenforschung, beispielsweise an Materialien für Fusionsreaktoren.

Design

Alpha-KlasseAtom-U-Boot

Die drei wichtigsten Neuerungen des Konzepts sind die Partikelbeschleuniger, es Spallationsziel und der unterkritische Kern.^[1]

Darüber hinaus ist die Verwendung von führen-Wismutkühlung außergewöhnlich (die einzige Erfahrung bisher ist auf Russisch) Atom-U-Boote des Alpha-Klasse).^[2]

Fahrt

MYRRHA ist der weltweit erste Prototyp eines Kernreaktors, der von einem Teilchenbeschleuniger (Accelerator Driven System oder ADS) angetrieben wird.^[3] (außer, abgesondert, ausgenommen GUINEVERE, die seit Januar 2012 im subkritischen Modus betriebene Testinstallation^[4]).

EIN Protonenbeschleuniger wird verwendet, um die Spaltung durch Abfeuern von hochenergetischen Protonen auf einem flüssigen Gemisch aus Blei und Wismut (dem Spallationstarget, das sich im Reaktorkern befindet). Dabei werden Neutronen aus den Atomkernen des Targets freigesetzt, die wiederum eine Spaltungsreaktion im Kernbrennstoff induzieren. Wird der Teilchenbeschleuniger abgeschaltet, stoppt der Spaltprozess, da der unterkritische Kern per Definition keine Kettenreaktion aufrechterhalten kann.^[5]

Da der kontinuierliche Betrieb ein entscheidender Faktor ist, wurde ein Beschleuniger vom linearen Typ gewählt.^[6]

Kühlung

Die Kühlung des MYRRHA-Reaktorkerns erfolgt hauptsächlich durch eine Legierung aus Blei und Wismut im flüssigen Zustand. Dieses Pb-Bi-eutektisch (LBE) erfüllt gleichzeitig die Funktion des Spallationsziels. Bei abgeschaltetem Beschleuniger wird der Reaktor durch die LBE passiv gekühlt.

Reaktor

Der Reaktor von MYRRHA stammt aus dem Beckentyp und ist so ausgelegt, dass die Brennelemente von unten in den Reaktorkern eingesetzt werden.^[7]

Kernbrennstoff

Die Brennelemente bestehen aus gemischten Plutonium-Uran Oxid (MOX) wegen seiner besseren Neutroneneigenschaften in schnellen Reaktoren.^[8] Der Plutoniumanteil kann bis zu 35% betragen. Da MOX in Belgien nicht mehr produziert wird und die Versorgung problematisch ist, wurde ein Vorvertrag mit China abgeschlossen.^[9] Seitdem wurden auch europäische Anbieter von MOX untersucht.

Im subkritischen Modus werden hohe Konzentrationen von niedrigeren Aktiniden hinzugefügt wird. Dabei handelt es sich um langlebige und hochradioaktive Restprodukte aus dem klassischen Kernbrennstoffkreislauf, deren sichere Spaltung nicht offensichtlich ist.^[10] Im unterkritischen Kern von MYRRHA wird es möglich sein, diese Stoffe kontrolliert zu spalten.

Leistung

Im aktuellen Design hat MYRRHA eine Wärmekapazität von 100 MW haben. Die erzeugte Wärme wird nicht zur Stromerzeugung verwendet. Das wird beim Nachfolger der Fall sein ALFRED.

Ziele

MYRRHA wurde mit der Absicht entwickelt, verschiedene Anforderungen in einer einzigen Infrastruktur zu erfüllen.

Transmutation von Atommüll

Das erste Ziel von MYRRHA ist die Erforschung der Spaltung langlebiger, hochradioaktiver Atommüll (hauptsächlich die sogenannten niederen Aktiniden). Dadurch leistet dieser Abfall noch einen energetischen Beitrag und wird gleichzeitig in weniger schädliche Elemente umgewandelt. Der umgewandelte Atommüll ist in Bezug auf Volumen, Radiotoxizität und Lebensdauer deutlich weniger belastend.

Damit die Spaltung sicher und kontrolliert ablaufen kann, ist der Aufbau mit Teilchenbeschleuniger und unterkritischem Kern notwendig. MYRRHA soll die Durchführbarkeit der Transmutation in diesem Aufbau demonstrieren, nicht für die Verarbeitung von Atommüll im industriellen Maßstab.

Entwicklung der LFR-Technologie

Als bleigekühlter schneller Reaktor ist MYRRHA Teil des Entwicklungsweges der Kernreaktoren der vierten Generation, genauer gesagt der europäischen Variante des LFR-Typs (Bleigekühlter schneller Reaktor).

Im Gegensatz zu Wasser verlangsamt Blei-Wismut die freigesetzten Neutronen nicht. Dank der schnellen Neutronen kommt es zu mehr Spaltung und die sinnvolle Nutzung des Kernbrennstoffs Uran kann um den Faktor 50 bis 100 vervielfacht werden.^[11] Darüber hinaus ergeben sich auch Vorteile in Bezug auf Sicherheit, thermische Effizienz und Wasserrückhalt.^[12]

Gegenteil Natrium, die in der aktuellen verwendet wird Brutreaktoren und inzwischen eingestelltes Französisch ASTRIDProjekt,^[13] Blei hat den Sicherheitsvorteil, dass es mit Wasser und Luft kaum chemisch reagiert.

Die große Herausforderung liegt im Hoch Schmelzpunkt aus Blei (327,5 °C), was es erfordert, temperaturbeständige Materialien für den Einsatz im Reaktor zu finden.^[14] In MYRRHA wird dies durch Zugabe von Wismut gelöst, um den Schmelzpunkt auf 123,5 °C zu senken, aber dieses Element ist zu selten und zu teuer, um in großem Maßstab verwendet zu werden. Weitere Schwierigkeiten sind die korrosive Natur und die hohe Bleimasse. Dies erfordert angepasste Lösungen bzgl. bzw. Materialeinsatz (Kühlkreislauf, Kernbrennstoffhülle) und Design (Begrenzung der mechanischen Belastung durch Kompaktheit).^[15]

Weitere Forschungsziele

• Beitrag zur Entwicklung neuer Reaktortechnologien durch Bestrahlungstests von Materialien und Komponenten. Insbesondere wird MYRRHA die Entwicklung von Natrium und Helium gekühlt Schnellspektrumreaktoren und von Fusionsreaktoren Unterstützung.
• Tragen Sie zur Entwicklung neuer Kraftstoffarten bei
• Tragen Sie zur Erforschung neuer Radioisotope bei
• Beitrag zur wissenschaftlichen Grundlagenforschung (Festkörperphysik, Kernphysik, Mikrobiologie etc.): Der Protonenbeschleuniger wird dabei über ISOL@MYRRHA (Isotopentrenner Online), ein Mittel zur Erzeugung intensiver radioaktiver Ionenstrahlen niedriger Energie.

Kommerzielle Anwendungen

• Generierung von Radioisotopen zur Herstellung von Radiopharmaka (medizinische Diagnose und Behandlung)
• Gründung von Clusterunternehmen, die Forschung und Verwertung von MYRRHA . vermarkten

Position innerhalb der internationalen F&E-Kontext

MYRRHA ist ein wichtiges Glied in den Forschungsprogrammen von Euratom, das Mitglied der Internationales Forum der Generation IV. Europa engagiert sich für die Entwicklung von drei Typen schneller Reaktoren, bei denen die Natriumtechnologie als Referenz beibehalten wurde und der LFR längerfristig als Alternative gesehen wird.^[16]

Unter dem Sechsten Euratom-Rahmenprogramm (2002-2006) wurde MYRRHA in zwei Projekte zur Entsorgung radioaktiver Abfälle einbezogen: ELSY (Europäisches bleigekühltes System), für die ein Konsortium gebildet wurde, und EUROTRANS (EURopean Research Program for the TRANSmutation of High Level Nuclear Waste in a Accelerator Driven System). Aufbauend auf den Ergebnissen dieser Projekte bezeichnet das Siebte Rahmenprogramm (2007-2013) MYRRHA als FASTEF (Experimentelle Einrichtung für schnelle Spektrumtransmutation) für die a Zentrales Designteam (CDT) wurde gegründet, um zu seiner Entwicklung beizutragen. Darüber hinaus bleibt MYRRHA eine Etappe auf dem Weg zu einem europäischen bleigekühlten schnellen Neutronenreaktor (ELFR mit einer Kapazität von 600 MWe), wobei GUINEVERE als Vorläufer und ALFRED als nächster Schritt (Demonstration der Stromerzeugung in einer 125 MWe-Anlage ).

MYRRHA ist auch fest eingebettet in die Strategischer Energietechnologieplan des Europäische Kommission, in dessen Rahmen die Europäische Initiative für nachhaltige Nuklearindustrie (ESNII) wurde als Priorität beibehalten. Auch der Europäisches Strategieforum für Forschungsinfrastrukturen hat MYRRHA als Forschungsinfrastruktur von strategischer Bedeutung bezeichnet.^[17]

Ausführungsplanung, Budget und Finanzierung

Die Kostenschätzung von MYRRHA im Jahr 2010 lautete wie folgt:^[18][19]

• Vorbereitung: 40 Millionen Euro
• Bau: 960 Millionen Euro
• Betrieb: 60 Millionen Euro pro Jahr (46,4 plus 14,6 Millionen Euro)
• Stilllegung: 105 Millionen Euro

Im März 2010 verpflichtete sich die belgische Regierung, einen jährlichen Beitrag von 12 Millionen Euro zu leisten, der ab 2015 auf 36 Millionen Euro aufgestockt werden soll. Dies entspricht einem Gesamtbetrag von 384 Millionen Euro über 14 Jahre oder 40 % der Investitionskosten. Als weitere Finanzierungsquellen sind Beiträge des internationalen Konsortiums, EU-Zuschüsse, ein Darlehen der EIB und Einnahmen aus Strahlungsleistungen.^[19]

Im Juni 2015 wurden konkrete Verhandlungen mit Japan etwa einen Beitrag von 10 bis 15 %.^[20] Es war schwierig, ausländische Partner zu finden. Das zusammen mit den Ereignissen in Fukushima und die verschärften Auflagen der Sicherheitsbehörden ergeben 2018 ein anderes Kostenbild:

Der dreiphasige Umsetzungsplan beginnt mit dem Bau des ersten Teils des Teilchenbeschleunigers (bis 100 MeV) und der Station PTF (Proton Target Facility). Diese vollständig modulare Installation namens MINERVA wird ab 2027 in Betrieb gehen.

In dieser ersten Phase (2018-2026) sind auch Forschung und Entwicklung bezüglich des 600-MeV-Teilchenbeschleunigers (Phase 2) und des Reaktors (Phase 3) sowie die Vorlizenzierung geplant. Phase 2 und 3 werden zeitgleich zwischen 2027 und 2036 realisiert. Die Forschungsanlage MYRRHA wird ab 2036 in Betrieb gehen.

Für MYRRHA wird ein Gesamtbudget von 1,6 Milliarden Euro benötigt. Die belgische Regierung unterstützt das Projekt seit 2010 finanziell und hat sich verpflichtet, 40 % der gesamten Infrastrukturkosten zu finanzieren.^[21] Für Forschung und Entwicklung (FuE), die Entwurfserstellung und den Umsetzungsplan (2010-2017) wurde bereits ein Budget von 100 Mio. EUR bereitgestellt. Im März 2018 bestätigte die Bundesregierung, in diesem Jahr 19,5 Millionen Euro in den Bau von MYRRHA zu investieren und engagiert sich für das Projekt ab 2019. Am 7. September 2018 beschloss die Regierung, 558 Millionen Euro in das MYRRHA-Projekt zu investieren.^[22] Damit wird der erste Bauabschnitt gebaut und der zweite und dritte Bauabschnitt vorbereitet.

Neben dieser Unterstützung durch den belgischen Staat wird MYRRHA mit Hilfe eines internationalen Investorenkonsortiums und durch Finanzierungen der Europäischen Investitionsbank (EIB) finanziert. Zahlreiche Partner haben bereits ihr Interesse bekundet, darunter Frankreich, Japan, Schweden, die USA und Deutschland.^[21]

Kritik

• Die Versorgung mit MOX ist prekär und es gibt kaum Alternativen, sollte die chinesische Versorgung ins Stocken geraten.^[23]
• Selbst bei einem erfolgreichen Ergebnis wird die entwickelte Transmutationstechnik keine Lösung für den bereits verglasten Atommüll (690 Tonnen in Belgien) bieten.^[24]