Gesmolten Zout Onderzoek

SALIENT-01 was de eerste bestraling van splijtstofzout in een testreactor in 45 jaar en is bekend in de MSR-gemeenschap.

Voornaamste doel van SALIENT-01 is om kennis en ervaring op te doen op het gebied van gesmolten zout bestralingen: het ontwerpen van een experiment met vloeibare splijtstof, het hanteren van verse en bestraalde splijtstofzouten in inerte omgevingen en het verwerken van het ontstane afval.

Samengevat zijn mengsels van lithium fluoride en thorium fluoride in grafieten houders blootgesteld aan intense neutron- en gammastraling in de HFR Petten. De bestraling veroorzaakt splijtingsreacties in het zoutsamples, die de warmte produceren die nodig is om het zout te smelten.

SALIENT-03 is de opvolger van het SALIENT-01 experiment. Dit project focust op corrosie van metalen door gesmolten fluoridezout in een stralingsveld en het meten van gasvrijzetting tijdens bestraling. De ‘lessons learned’ van het SALIENT-01 project zijn meegenomen in het ontwerp.

SALIENT-03 wordt uitgevoerd in samenwerking met het Europese JRC, dat de zouten maakt en karakteriseert en een deel van het ontwerp-proces voor haar rekening neemt.

Vanwege hun goede corrosiebestendigheid zijn nikkel-legeringen (naast eventueel staalsoorten) voorzien als materialen voor het primaire system van MSRs. Nikkel is echter gevoelig voor een thermisch neutronenveld in die zin dat bij de invang van neutronen helium wordt geproduceerd. Deze heliumproductie kan leiden tot verbrossing van het materiaal.

Het ENICKMA-project wordt uitgevoerd om dit verbrossings-effect in kaart te brengen voor een aantal kandidaat-legeringen voor gebruik in MSRs, waaronder Hastelloy N.

Meer dan 100 trekstaafjes en andere monsters worden bestraald bij MSR-relevante temperaturen. Testresultaten van de bestraalde samples worden daarna vergeleken met die van onbestraalde referentie-samples.

Doel van SAGA is om de gasvorming te bestuderen die kan plaatsvinden als fluoridezouten worden blootgesteld aan een sterk gammaveld bij temperaturen onder de 150 ^oC. Dit fenomeen kan een probleem vormen bij tijdelijke opslag van gebruikte splijtstofzouten, en in sommige ongevalsscenarios.

De herbruikbare SAGA-faciliteit bevat 6 gasdichte monsterhouders die elk aan een druksensor zijn gekoppeld. Deze druksensoren registreren de drukopbouw door gasvorming tijdens bestraling van de faciliteit in het gammaveld van ‘opgebrande’ HFR-splijtstofstaven.

De ontwikkeling van nieuwe vormen van kernenergie, zoals de gesmolten zoutreactor, vraagt ook om een passende route voor de verwerking van het splijtstof-houdend zoutafval; een route die ervoor zorgt dat het (verwerkte) afval veilig voor mens en milieu opgeslagen kan worden. Het LUMOS Waste project voorziet in die vraag door onderzoek aan het afval uit de SALIENT-experimenten. NRG is in overleg met de COVRA over de voorwaarden waaraan het (verwerkte) afval moet voldoen om voor opslag geaccepteerd te worden. Dat begint met een volledige analyse van alle bestanddelen. Voor het vervolg onderzoekt NRG momenteel een route waarbij het afval middels chemische scheiding ontdaan wordt van de (chemisch) agressieve componenten waarna het residue, grotendeels omgezet in stabiele oxiden, gecementeerd wordt.

Voor ontwerpondersteuning en veiligheidsanalyses is het nodig om de stroming en het warmtetransport van gesmolten zout in het hele reactorvat en/of koelsysteem te kennen. Normaal gesproken worden hiervoor thermo-hydraulische systeemcodes gebruikt. Daarin wordt een kernreactor als een verzameling van 0- of 1-dimensionale elementen gemodelleerd. Dit soort rekencodes zijn gemaakt voor watergekoelde reactoren.

Voor gesmolten zout reactoren zijn aanpassingen nodig in de rekencodes. Daarnaast is nog veel validatie nodig om vertrouwen te krijgen in de code. De door NRG ontwikkelde SPECTRA code is aangepast voor de specifieke en unieke eisen van de modellering van gesmolten zout reactoren. De rekencode beschikt over de volgende modellen:

Daarnaast vraagt vooral de stroming in het reactorvat om een 3-dimensionale modellering. Om die reden is NRG dan ook eind 2021 gestart met het maken van een 3-dimensionale rekencode voor de berekening van gesmolten zout reactoren.