Bijzondere splijtstof voor een bijzondere reactor
Splijtstof kwalificatie voor INET HTR
29 juni 2020
In China wordt de laatste hand gelegd aan de eerste demonstratiereactor van een Hoge Temperatuur Reactor (HTR). Dit reactortype staat bekend om zijn hoge efficiëntie door de hoge bedrijfstemperatuur, maar meer nog om de eigenschap dat hij inherent veilig is. Dat betekent dat de kern nooit kan smelten. Belangrijkste reden is het unieke ontwerp van de splijtstof. De ontwerper van INET, de Chinese Tsinghua Universiteit, heeft NRG gevraagd om de splijtstof te bestralen en te testen om te bepalen of het aan deze criteria voldeed. De experimenten zijn succesvol uitgevoerd.
Hoge Temperatuur Reactor Splijtstof: een introductie
De splijtstof bestaat uit kleine bolletjes kleiner dan een millimeter die gecoat zijn met verschillende laagjes. Deze bolletjes worden TRISO-deeltjes genoemd. Een paar duizend van deze deeltjes worden in een grafieten bol of staafje geperst wat het uiteindelijke splijtstofelement maakt. De kern van een HTR bestaat uit een paar honderdduizend van deze ballen en wordt gekoeld door er helium gas langs te spoelen. Een belangrijke parameter die bepaald of er TRISO-deeltjes kapot gaan is de hoeveelheid radioactieve gassen die vrijkomen.
De splijtstofballen zijn gefabriceerd in China en naar NRG gestuurd om te bestralen onder goed gecontroleerde condities. Bij aankomst bij NRG zijn de ballen geïnspecteerd door onder andere een röntgenfoto te maken. Op deze foto zijn duidelijk de locaties van de individuele uraniumdeeltjes te zien
De bestraling
Om te zorgen dat de condities tijdens bestraling precies zijn zoals gewenst, is er voor elke bestraling een speciale monsterhouder ontworpen en gebouwd. De belangrijkste eisen waren dat de splijtstofballen een hoge gedefinieerde temperatuur moesten bereiken (1050 °C) tijdens de bestraling. Ook moesten de ballen tot hoge opbrand van de splijtstof bestraald worden. Om dit te halen moest de capsule bijna 1,5 jaar bestraald worden in de HFR. Tijdens de bestraling werd de temperatuur continu gemeten en bijgestuurd.
Een belangrijke kwaliteitsfactor van deze splijtstof is het vrijkomen van radioactieve splijtingsgassen. In de Sweep Loop opstelling van de HFR konden de hoeveelheid vrijgekomen splijtingsgassen online gemeten worden. Uit deze resultaten bleek dat alle ballen tijdens de bestraling heel waren bleven.
Demonstratie van splijtstofgedrag
De criteria voor de bestraling zijn succesvol gehaald en het niet vrijkomen van splijtingsproducten toonde aan dat de splijtstof zeer goed presteerde. De splijtstof was zeer goed in staat om het gas vast te houden. De meetapparatuur is zo gevoelig dat als er ook maar 1 deeltje zou falen, dit meetbaar zou zijn. De data toonde echter aan dat geen enkel van de 60.000 TRISO-deeltjes kapot is gegaan tijdens bestraling.
Na bestraling is de capsule ontmanteld om alle onderdelen te inspecteren en de vijf splijtstofballen verder te kunnen onderzoeken. Na deze onderzoeken in het Hot Cell Laboratorium zijn de ballen nog verder verstuurd naar andere laboratoria voor verdere inspectie. Al deze nabestralingsonderzoeken bevestigden het zeer goede gedrag van deze splijtstof.
Resultaten & voordelen
De kwalificatiebestraling bij NRG heeft aangetoond dat de splijtstof zeer goed gedrag heeft tijdens de condities in een kernreactor, het heeft een uitzonderlijk goede splijtstofretentie. Dankzij het onderzoek bij NRG weten we nu dat de splijtstof bestand is tegen de extreme omstandigheden in de kern van een reactor. De splijtstof kan veilig gebruikt worden in de HTR-PM reactor.
Fun fact: Hoewel er maar 7 gram uranium in elke splijtstof bal zit, is er tijdens bestraling genoeg energie vrijgekomen om 25 huishoudens een jaar lang van energie te voorzien.
Meer informatie?
Geïnteresseerd in bestraling van brandstof voor uw installatie? Maak kennis met ons Irradiation Team.
We vertellen je graag meer.
Ontmoet het team
