Gesmolten Zout Onderzoek
Ons R&D-programma brengt MSR-technologie dichterbij door nauwkeurige nabootsing van reactor-condities
Over NRG PALLAS gesmolten
zout reactor
programma
NRG beschikt over ruime ervaring in materiaal- en splijtstof bestralingsexperimenten voor bestaande en geavanceerde reactoren, ondersteund door de nucleaire infrastructuur in Petten.
Door de groeiende wereldwijde interesse in gesmolten zout reactoren (MSR’s) is in 2015 besloten een ambitieus onderzoeksprogramma te starten om te voldoen aan de specifieke behoeften rond de ontwikkeling van MSR-technologie. Dit MSR-programma is opgezet binnen het nucleaire onderzoeksprogramma van de Nederlandse overheid, gefinancierd door het Ministerie van Klimaat en Groene Groei, en deels via Europese Horizon 2020-projecten zoals SAMOSAFER, MIMOSA en ENDURANCE.
De kern van het programma is een reeks bestralingsexperimenten die de fysisch-chemische processen simuleren die plaatsvinden tijdens reactorwerking. Voorbeelden zijn: corrosie van metalen constructiematerialen in radioactief zout, verzwakking van materialen door temperatuur en straling, afzetting van splijtings- en corrosieproducten op pijpwanden, en gasvorming.
Projecten binnen dit programma worden gecoördineerd vanuit Petten, waar de meeste activiteiten plaatsvinden. Om het programma te versterken zijn samenwerkingen opgezet met onderzoekscentra met complementaire expertise, zoals het Joint Research Centre (JRC) van de Europese Commissie, de Technische Universiteit Delft (Nederland), CV Rez (Tsjechië), SINAP (China) en IFE (Noorwegen).
Projecten binnen het gesmolten zout onderzoek
R&D-programma
Het programma is opgebouwd uit een diverse set technisch uitdagende projecten.
Salient-01
SALIENT-01 was de eerste bestralingsproject van splijtstofzout in 45 jaar en is breed bekend binnen de MSR-gemeenschap.
Het hoofddoel was het opdoen van kennis en ervaring met bestraling van gesmolten zout: het ontwerpen van een experiment met vloeibare splijtstof, het hanteren van verse en bestraalde splijtstofzouten in inerte omgevingen, en het verwerken van het resulterende afval.
Samengevat werden mengsels van lithiumfluoride en thoriumfluoride geplaatst in grafiethouders en blootgesteld aan intense neutronen- en gammavelden in de Hoge Flux Reactor (HFR) in Petten. De bestraling veroorzaakt splijtingsreacties in zoutmonsters, waarbij de geproduceerde warmte gebruikt werd om het zout in gesmolten toestand te houden.
Salient-03
Als opvolger van SALIENT-01 richt SALIENT-03 zich op metaalcorrosie door gesmolten fluoridezout in een stralingsveld en op het meten van gasafgifte tijdens bestraling.
De lessen uit SALIENT-01 zijn verwerkt in het ontwerp. Het experiment wordt uitgevoerd in samenwerking met het Europese JRC, dat de zouten produceert, karakteriseert en bijdraagt aan het ontwerpproces.
Enickma
Nikkellegeringen (en mogelijk bepaalde staalsoorten) worden beschouwd als kandidaatmaterialen voor primaire systemen van MSR’s vanwege hun goede corrosiebestendigheid. Echter, nikkel is gevoelig voor thermische neutronenvelden, waarbij neutronenvangst kan leiden tot de productie van helium. Deze heliumvorming kan brosheid veroorzaken in de materialen.
De ENICKMA-irradiatie had als doel het brosheidseffect in kandidaatlegeringen voor MSR’s in kaart te brengen, waaronder Hastelloy N. Meer dan 100 trekproefstaven werden bestraald bij MSR-relevante temperaturen. De resultaten van de bestraalde monsters werden vergeleken met niet-bestraalde referentiemonsters. De bevindingen toonden aanzienlijke brosheid in nikkellegeringen, terwijl de eigenschappen van een referentiestaalsoort nauwelijks werden beïnvloed door neutronenblootstelling.
ENICKMA-HTC (High Temperature Creep)
Als opvolger van ENICKMA onderzoekt deze bestralingsproject eveneens de door straling veroorzaakte brosheid van MSR-constructiematerialen, maar gaat nog een stap verder door ook het mechanische kruipgedrag tijdens bestraling te bestuderen.
Het project bestaat uit twee hoofdonderdelen:
• Herhaling van ENICKMA, maar met hogere doses en een grotere focus op staallegeringen, gebaseerd op de eerdere resultaten.
• Een trek-kruiptest op drie roestvrijstaal monsters, waarbij hun langzame rek tijdens bestraling wordt gemeten. Dezelfde test wordt ook uitgevoerd in een oven om temperatuur- en stralingseffecten van elkaar te onderscheiden.
IFE (Noorwegen) is partner in dit project en levert expertise op het gebied van in-pile instrumentatie en het ontwerp, de bouw en de exploitatie van geïnstrumenteerde irradiatiefaciliteiten. Het project maakt deel uit van het OECD/NEA FIDES II-programma.
FAQ
Vragen over gesmolten zout reactoren? We hebben alle veelgestelde vragen voor je op een rijtje gezet en beantwoord.
SAGA
Het SAGA-project heeft als doel de gasvorming te onderzoeken wanneer fluoridezouten (en mogelijk chloridezouten) worden blootgesteld aan een intense gammavelden bij temperaturen lager dan 100–150°C. Dit fenomeen kan problemen veroorzaken bij tijdelijke opslag van gebruikte splijtstofzouten en in bepaalde ongevalsscenario’s.
De herbruikbare SAGA-installatie omvat zes gasdichte monstersystemen, elk verbonden met een druksensor. Deze sensoren registreren de gasdrukopbouw tijdens de bestraling van de installatie in het gammaveld van bestraalde HFR-brandstofstaven.
Behandeling van zoutafval
De ontwikkeling van nieuwe nucleaire technologieën zoals de MSR vereist ook geschikte routes voor het veilig beheer van de op zout gebaseerde splijtstofafval. Het LUMOS Waste-project richt zich hierop door het afval uit de SALIENT-experimenten te onderzoeken.
NRG PALLAS voert gesprekken met COVRA (de Nederlandse autoriteit voor het beheer van radioactief afval) om de technische vereisten in kader te stellen voor de acceptatie van verbruikte zoutsplijtstoffen. Dit begint met een volledige analyse van alle componenten. Verschillende methoden voor chemische stabilisatie zijn getest, waarbij de beste resultaten werden bereikt door hoge-temperatuur dehalogenering in contact met glasvormers, wat leidde tot vitrificatie van het afval.
Simulatie koelsysteem
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:
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.
- Flexibele user input voor gesmolten zout materiaal- en transporteigenschappen
- Transport van splijtingsproducten
- Verplaatsing van nakomende neutronen
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.
Internationale partners en klanten.
Meer weten?
We helpen je graag.
