21 november 2019

VS herstart productie geavanceerde splijtstof voor energie en ruimtevaart

BWX Technologies een Amerikaans nucleair bedrijf, heeft recent de productie hervat van een geavanceerde splijtstof TRISO genaamd.  Als aanleiding gaf BWXT de toegenomen belangstelling vanuit defensie en het Amerikaanse bedrijfsleven voor gebruik in kleine kernreactoren m.b.t. de ruimtevaart en voor civiel gebruik. TRISO* houdt kernsplijtingsproducten vast tot hoge opbrand en tot hoge temperatuur, 1600 Celsius. De splijtstof komt in de vorm van kleine gecoate bolletjes, deze coating werkt als insluiting. Dat houdt in dat de kernsplijtingsproducten er niet uit kunnen lekken, wat uit oogpunt van de veiligheid een voordeel is.

10 kWe units voor energievoorziening op Mars, artistieke impressie credits: NASA via Space.com

Momenteel worden er in de VS kleine kernreactoren voor in de ruimte ontwikkeld. NASA en het Department van Energie ontwikkelen het Kilopower Reactor Using Stirling Technology (KRUSTY) systeem voor de ruimtevaart met het oog op een langdurig verblijf in de ruimte. KRUSTY** rondde inmiddels enkele testdemonstraties met succes af. De kleine Kilopower, slechts 3,5 meter hoog,  is ontworpen om tenminste 1 kilowatt aan elektriciteit te genereren (1 kWe). De unit is schaalbaar tot 10 kWe – genoeg om meerdere gemiddelde huishoudens gedurende 10 jaar van elektriciteit te voorzien – en kan zo een 15 jaar mee. Vier van deze units zou al genoeg zijn om een Martiaanse buitenpost te voorzien van stroom. De Kilopower zet de warmte die wordt gegenereerd door atomen te splitsen om in elektriciteit, via apparaten die Stirling-motoren worden genoemd. (Kernenergiecentrales gebruiken deze warmte daarentegen meestal om turbine-draaiende stoom te creëren.). Met protectie schild voor de astronauten zou de gehele reactor van 10 kWe waarschijnlijk ongeveer 2000 kg wegen, zonder schild wegen ze 1500 kg.

BWXT is het enige Aerikaanse bedrijf dat TRISO fabriceert op productieschaal. De TRISO-productiefaciliteit heeft momenteel een vergunning om dit type High Assay Low Enriched Uranium (HALEU) -brandstof te produceren. Het DOE van de VS subsidieert een programma in het Idaho National Laboratory voor de beproeving van de splijtstof van BWXT voor zijn Advanced Gas-cooled reactor programma. TRISO splijtstof is al in verschillende typen HTGR’s*** toegepast. Ze is vrijwel niet op te werken, zodat ze ook uit oogpunt van non-proliferatie aantrekkelijk is. Bronnen; Kernvisie / NASA / General Atomics / Space.com

*tristructural isotropic, ofwel drie structuurmaterialen en bolvormig. Gaande van binnen naar buiten is er eerst het splijtstofbolletje, in de vorm van uraniumdioxide, –carbide of –oxicarbide met een diameter van 0,5 mm, dan een poreuze koolstoflaag, een dichte koolstoflaag, een laag van siliciumcarbide (SiC) en tenslotte nog een koolstoflaag. De buitendiameter is 0,92 mm De splijtstofbolletjes zijn ingebed in een matrix van koolstof

**https://www.astroblogs.nl/2019/05/31/nasas-kilopower-team-krusty-wint-prestigieuze-prijs/comment-page-1/?loggedout=true

***Een HTGR is al in ontwikkeling sinds de jaren vijftig in de VS maar waren altijd erg groot en zwaar en voor energie productie haalden ze het niet bij de light water reactor (LWR). Echter een HTGR kan veel hogere temperaturen bereiken. Het maximum van een lichtwater reactor bereikt rond de 1200 graden Celsius. Met gaskernen wordt uranium heter en de hoge druk dwingt het om te transformeren in een plasmagas (zoals water omgezet in stoom) dat op verschillende manieren opgevangen wordt, soms in een soort flescontainer, enigszins vergelijkbaar met een fluorescerende gloeilamp. General Atomics werkt momenteel aan de Prismatic Modular Gas-cooled Reactor op hoge temperatuur voor civiel gebruik.

Nucleaire thermische voortstuwingssystemen (NTR) zijn gebaseerd op het verwarmingsvermogen van een splijtingsreactor en bieden een efficiënter voortstuwingssysteem dan een aangedreven door chemische reacties. In 2020 is Roscosmos (het Russische Federale Ruimteagentschap) van plan een ruimtevaartuig te lanceren met aangedreven voortstuwingssystemen (ontwikkeld in het Keldysh Research Center), inclusief een kleine gasgekoelde splijtingsreactor met een vermogen van  1 MWe.

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.