De Nederlandse reactorontwikkelaar Thorizon en onderzoeksinstituut TNO gaan onderzoeken hoe materialen bestand kunnen blijven tegen het hete, corrosieve zout in een nieuwe generatie kernreactoren. Het onderzoek moet een belangrijk technisch obstakel wegnemen voor de bouw van de Thorizon One.
Gesmoltenzoutreactoren worden gezien als een veelbelovende nieuwe vorm van kernenergie. Ze werken onder een veel lagere druk dan traditionele kernreactoren en kunnen mogelijk efficiënter omgaan met nucleaire brandstof. Maar er is een hardnekkig probleem: het hete, vloeibare zout kan de materialen in de reactor aantasten.
Vooral op de lange termijn is dat een uitdaging. Onderdelen moeten jarenlang bestand zijn tegen hoge temperaturen, corrosieve stoffen en straling. Hoe snel materialen onder die omstandigheden achteruitgaan, is nog onvoldoende bekend. Daarom starten Thorizon en TNO een gezamenlijk onderzoeksprogramma waarin ze het gedrag en de levensduur van reactormaterialen gaan onderzoeken.
Vervangbare cartridges tegen corrosie
Thorizon heeft een opvallende oplossing bedacht om de gevolgen van corrosie te beperken. In plaats van alle onderdelen zo te ontwerpen dat ze tientallen jaren meegaan, gebruikt het bedrijf afgesloten cartridges waarin het brandstofzout zit.
Deze cartridges worden iedere vijf tot tien jaar vervangen. Daarmee blijft de blootstelling van belangrijke onderdelen aan het agressieve zout beperkt. Tijdens de vervanging kunnen onderdelen bovendien worden gecontroleerd en indien nodig vernieuwd.
Voor de toepassing in een kernreactor moet nauwkeurig worden vastgesteld hoe betrouwbaar deze aanpak is. TNO gaat daarom corrosietests uitvoeren, materialen karakteriseren en computermodellen ontwikkelen die voorspellen hoe snel onderdelen achteruitgaan.
Ook wordt onderzocht of coatings de materialen voldoende kunnen beschermen. De onderzoeksresultaten moeten aantonen of de gekozen materialen geschikt zijn en hoelang de cartridges veilig kunnen worden gebruikt.
Van laboratorium naar kerncentrale
De eerste werkzaamheden zijn inmiddels begonnen bij Thorizon in Amsterdam en in de laboratoria van TNO in Petten. De onderzoekers werken aan een uitgebreid testprogramma waarmee de materiaalkeuzes van Thorizon wetenschappelijk kunnen worden onderbouwd.
Dat is niet alleen belangrijk voor de techniek zelf. Voordat een nieuwe kernreactor gebouwd en in gebruik genomen mag worden, moeten toezichthouders kunnen beoordelen of de constructie onder alle voorziene bedrijfsomstandigheden betrouwbaar blijft.
De resultaten moeten daarom ook bijdragen aan de vergunningverlening voor de geplande PIONEER-demonstrator in Petten. Die moet helpen om de technologie achter de commerciële Thorizon One verder te ontwikkelen.
Ook brandstofvoorziening krijgt aandacht
Het materiaalonderzoek is niet de enige uitdaging waaraan Thorizon werkt. Vorige week maakte het bedrijf bekend met uraniumverrijker Urenco te onderzoeken hoe de toekomstige brandstofvoorziening kan worden geregeld.
De eerste Thorizon One-reactoren moeten gebruikmaken van HALEU, uranium met een hogere verrijkingsgraad dan de brandstof die doorgaans in bestaande commerciële kerncentrales wordt toegepast. Urenco onderzoekt welke rol het daarin kan spelen. Ook bekijken beide bedrijven of verarmd uranium, een restproduct van uraniumverrijking, als brandstof kan worden benut.
Thorizon mikt op de ingebruikname van zijn eerste commerciële reactoren halverwege de jaren dertig. Voor het materiaalonderzoek willen Thorizon en TNO daarnaast samenwerken met onder meer TU Delft, NRG PALLAS en internationale onderzoeksinstellingen zoals het Franse CEA en het Europese Joint Research Centre.
