Kwalificatie van de eerste muurpanelen voor ITER
Temperatuurcontrole
Bestraling van muurpanelen met excellente temperatuurcontrole
Componenten
Volledige componentenbestraling van ITER-representative temperatuur
Testen
Eerste muurpanelen bestraald met hoge temperatuur en neutronenflux testen
In 2016 rondde NRG PALLAS het eerste deel van de muurpanelenkwalificatie voor ITER af. Het tweede deel wordt uitgevoerd door projectpartner Forsungzentrum Juelich in 2018.
Geschiedenis van nucleaire fusie R&D projecten bij NRG PALLAS
Naast het bedrijven van de Hoge Flux Reactor in Petten werkt NRG PALLAS sinds 1960 aan een lange termijn R&D programma op het gebied van materiaal voor nucleaire fusie. In dit programma zijn ook materiaalkwalificaties voor ITER uitgevoerd voor onder andere Reduced Acivating Ferritic Material. Daaruit is een lijst met kandidaat-brandstofmaterialen ontstaan. Daarnaast zijn vele andere materialen bestraald die een andere functie vervullen in de fusiereactor. Deze materialen zijn allemaal bestraald onder fusiereactor-representatieve temperaturen en daarna uitgebreid onderzocht.
In 2005 werd besloten ITER te bouwen in Zuid-Frankrijk. Het traject werd een samenwerking tussen meerdere Europese partijen op het gebied van kernfusie (European Fusion Energy), wat leidde tot de wedergeboorte van Fusion for Energy. Dit resulteerde in grote reorganisaties binnen de kernfusieonderzoekgroep EURATOM en de beslissing om het lange termijn kernfusieonderzoek onder te brengen in EUROFUSION vanaf 2014. In Nederland stopte de overheidssteun vanuit het ministerie van economische zaken voor kernfusieonderzoek in 2016.
ITER: even voorstellen
ITER is een internationaal samenwerkingsproject met zeven partners: EU, China, Korea, Japan, US, Rusland en India. Het doel van ITER is om energie te halen uit fusie-plasma. ITER zal de grootste tokamak worden die ooit is gebouwd.
Anders dan in een gewone kerncentrale, waar energie gehaald wordt uit de kernsplijting van Uranium atomen, gebruikt een fusiereactor heet plasma om twee waterstofatomen te combineren. Daarbij komen een helium atoom en een neutron vrij. Dit proces vind alleen plaats onder zeer hoge temperaturen: het plasma moet boven de 1 miljoen graden Celsius zijn. Gelukkig kan het plasmaveld worden bestuurd met elektromagnetische spoelen die om het reactorvat heen staan.
Het neutron dat wordt geproduceerd in het hete plasma wordt opgevangen door de eerste muur, die bestaat uit een Beryllium en koper legering. Deze muur fungeert als afscherming en hitteschild. ITER zal geen stroom leveren aan het elektriciteitsnet, maar zal wel het eerste bewijs ter wereld worden dat energie opwekken door middel van kernfusie mogelijk is.
Bestraling van componenten uit de eerste muur
Samen met het ITER eerste muur-team, Chinese en Russische material leveranciers en projectpartner Forsungszentrum Juelich zijn de eerste materiaaltesten gedaan. De componenten uit de eerste muur zijn bestraald onder ITER-representatieve neutronenflux en temperatuur. Het doel was om te onderzoeken of de legering van Beryllium en koper die omstandigheden kon overleven. Daarnaast zijn de veranderingen in de thermische profielen vastgelegd in de JUDITH-1 installatie. In elke fase van het project worden de volgende stappen doorlopen:
- Een monster van de eerste muur wordt afgeleverd door een Chinese of Russische firma
- Fabricage van een capsule waarin het monster bestraald kan worden in de HFR
- Bestraling van het monster in de HFR
- Voor en na bestraling wordt het monster onderzocht met ITER-representatieve temperaturen doormiddel van een electronen beam in de JUDITH-1 installatie in FZ Juelich
- Transport van de bestraalde componenten naar FZ Juelich
Accurate bestralingsdata voor ITER
De grootste uitdaging van de HESTIA bestralingen in de HFR is het nabootsen van de condities die zullen gelden in de ITER reactor. Om te voorspellen hoe materialen zich zullen gedragen in de ITER reactor, worden heel veel neutronen in zo kort mogelijke tijd door het materiaal heen geschoten. Dit geeft als het ware een blik in de toekomst over hoe goed deze materialen bestand zijn tegen gebruik in de reactor.
Na bestraling worden de bestraalde monsters vervoerd naar het Julich onderzoeksinstituut. Daar worden ze blootgesteld aan extreem hoge temperaturen. Zo bepalen we of deze materialen bestand zijn tegen de omstandigheden die ze ook in de ITER reactor zullen ervaren.
In het ontwerp van de HESTIA bestralingsfaciliteit is speciale aandacht uitgegaan naar het constant houden van de temperatuur gedurende de gehele bestraling.
Dit is bewerkstelligt door hitte geleidende blokken te maken, die om de ITER-monsters heen zitten. Zo behouden we constant de 240 graden Celsius gedurende bestraling.
Resultaat en meerwaarde
Het onderzoeksprogramma naar kernfusie in het algemeen en het eerste muurkwalificatie project in het bijzonder hebben veel data gegenereerd over het gedrag van de eerste muur componenten. Daarnaast heeft het onderzoek bijgedragen aan het verder ontwikkelen van nucleaire kennis voor toekomstige bestralingsprojecten voor vele andere klanten en toepassingen.
Kwalificatie van nucleair grafiet
NRG PALLAS heeft decennialange expertise in nucleair grafietonderzoek en ondersteunt de nieuwe generatie reactoren door grafietsoorten te kwalificeren voor gebruik bij hoge temperaturen.
In Generatie IV-reactoren vervult grafiet een cruciale rol als constructiemateriaal en moderator onder extreme omstandigheden. Inzicht in het gedrag onder bestraling is essentieel voor vergunningstrajecten.
Met geavanceerde capsuleontwerpen, nauwkeurige temperatuurbeheersing en innovatieve meetmethoden levert NRG PALLAS betrouwbare data die innovatie versnellen.
Zo werken we samen met Terrestrial Energy aan de Integral Molten Salt Reactor (IMSR). Binnen het GAIA-project worden in de Hoge Flux Reactor (HFR) in Petten verschillende grafietsoorten bestraald. De resultaten vormen een unieke dataset die de volledige levensduur van IMSR-grafietcomponenten dekt en ontwerp en veiligheid versterkt.
NRG PALLAS, uw partner in grafiettechnologie voor de toekomst van nucleaire energie.
Materialen voor de volgende generatie reactorontwerpen
Geavanceerde nucleaire reactoren vereisen constructiematerialen die bestand zijn tegen extreme temperaturen, corrosieve omgevingen en intense neutronenbestraling. Om deze uitdagingen het hoofd te bieden, voert NRG PALLAS toonaangevend onderzoek uit naar nikkel-gebaseerde legeringen, belangrijke kandidaten voor gesmolten zout reactoren (MSR’s).
Binnen het ENICKMA-project worden verschillende nikkellegeringen en roestvast staal bij ~650°C en ~725°C in de Hoge Flux Reactor (HFR) bestraald om degradatiemechanismen zoals heliumverzwakking en thermische veroudering te onderzoeken.
Voortbouwend op dit werk wordt het ENICKMA-HTC project ontwikkeld, waarin de trek- en kruipgedragingen van deze materialen, zowel in-pile als out-of-pile, onder MSR-relevante omstandigheden worden onderzocht.
Met deze projecten helpt NRG PALLAS de weg te banen voor een veilige en betrouwbare kwalificatie van materialen voor Generatie IV kerncentrales.
Veilig en Verlengde Levensduur van Kernreactoren (LTO): De Impact van NRG PALLAS
NRG PALLAS ondersteunt in bedrijfsduurverlengingen (LTO-trajecten) van nucleaire installaties. Met behulp van bestralingsexperimenten, geavanceerd materiaal onderzoek en internationale samenwerking ondersteunt NRG PALLAS de voortdurende inzet van zowel energie- als onderzoeksreactoren — cruciaal voor schone energie, medische isotopen en nucleaire innovatie.
Een prestigieuze project is STRUMAT-LTO (2020–2024), gefinancierd door H2020 EURATOM en gecoördineerd door NRG PALLAS. STRUMAT-LTO heeft de kennis van brosheid in reactor-drukvaten (RPV’s) aanzienlijk vergroot, wat essentieel is voor de levensduurverlenging van drukwaterreactoren (PWR’s). Belangrijke resultaten zijn onder meer:
- Data aan 20 bestraalde RPV-staalsoorten en lassen met verschillende samenstellingen.
- Clusteren van legeringselementen als primaire oorzaak van brosheid.
- Validatie van Mini-CT proefstukken voor breuktaaiheidstesten.
- Aantonen van de potentie in het thermisch uitgloeien voor materiaalherstel.
- Meer dan 1600 mechanische materiaal testen en publicaties van meer dan 20 wetenschappelijke artikelen.
- Opleiding van toekomstige experts via internationale workshops en een zomerschool.
Voortbouwend op dit succes heeft NRG PALLAS het Magic-RR-project (2024–2028) gelanceerd, een door EURATOM ondersteund programma dat gericht is op het waarborgen van de veilige exploitatie van Europa’s verouderende onderzoeksreactoren. Magic-RR richt zich op het gedrag van aluminiumlegeringen onder irradiatie, corrosiebeperking en moderne methoden voor verouderingsbewaking.
Door leiding te nemen in projecten als STRUMAT-LTO en Magic-RR speelt NRG PALLAS een sleutelrol in het veiligstellen van Europa’s veilige, koolstofarme nucleaire toekomst.
Meer weten?
We helpen je graag.
