Welk metaal gebruik je om een snelle reactor (kerncentrale) te koelen?

Antwoord

Beste Thomas

Snelle reactoren kunnen gekoeld worden met gassen of vloeibare metalen maar voor hoge vermogensdichtheden kan er geen gas gebruikt worden. Voor de koelvloeistof van een snelle reactor zijn volgende eigenschappen gewenst:

• goede warmteoverdrachtseigenschappen om de kern te koelen,
• een goede verpompbaarheid,
• een laag smeltpunt,
• een hoog kookpunt,
• een lage absorptie van neutronen,
• een lage moderatie van neutronen (de eigenschap om neutronen te vertragen, wat niet gewenst is bij snelle reactoren),
• een goede compatibiliteit met structuurmaterialen (met andere woorden: niet of weinig corrosief)
• inert ten opzichte van de omgeving.

Er is geen ideaal metaal voor de koeling van snelle reactoren. De metalen die in het verleden voor snelle reactoren gebruikt zijn geweest, zijn:

• Kwik (Hg),
• Natrium (Na),
• Natrium-Kalium eutectisch mengsel (NaK),
• Lood (Pb),
• Lood-Bismut eutectisch mengsel (PbBi of Lead-Bismuth Eutectic (LBE)).

Elke metaal heeft zo zijn voor- en nadelen. De nadelen van Kwik en NaK zijn te belangrijk waardoor deze niet meer gebruikt worden. Natrium wordt hoofdzakelijk gebruikt in snelle reactoren maar omdat natrium hevig reageert met water en ook met lucht oxideert, worden momenteel reactoren met lood als koelmiddel ontworpen. Het Studiecentrum voor Kernenergie (SCK•CEN) daarentegen gebruikt een eutectisch mengsel van lood met bismuth (Lead-Bismuth Eutectic) voor het ontwerp van de MYRRHA testreactor. Het heeft ongeveer dezelfde eigenschappen als lood maar smelt bij ongeveer 125°C i.p.v. 327°C voor lood. Door de lage smelttemperatuur kan de reactor ontworpen worden voor lagere temperaturen waardoor ook de corrosieproblemen beperkt kunnen worden. Het nadeel van LBE is enerzijds de kostprijs en de vorming van het radiotoxisch Polonium uit Bismuth van het koelmiddel met een neutron. Dit zijn aspecten waarmee in het ontwerp van de MYRRHA reactor rekening gehouden wordt.

Rafaël Fernandez

Hoofd expertisegroep Nuclear Systems Design 
Instituut Advanced Nuclear Systems