US-Test: Kernbrennstoff reduziert Abfall und hält achtmal länger

Da der Bau konventioneller Kernkraftwerke Jahre dauert, haben Start-ups sich auch kleineren, modularen Reaktoren zugewandt, die schnell und in großem Maßstab errichtet werden können. CCTE mit Sitz in Chicago verfolgt jedoch einen anderen Ansatz: Das Unternehmen zielt darauf ab, bestehende Kernreaktoren mit einer völlig neuen Brennstofftechnologie, ANEEL, zu sanieren.

Thorium gilt als bessere Alternative zu Uran als Kernbrennstoff, da es reichlich vorhanden ist und weniger radioaktiven Abfall produziert. CCTEs ANEEL soll die Vorteile und gleichzeitig die Betriebsdauer bestehender Reaktoren, wie beispielsweise Druckwasserreaktoren mit schwerem Wasser (PHWRs), verlängern.

Das Irradiations-Testverfahren für ANEEL: Der Advanced Test Reactor (ATR) am Idaho National Laboratory in den USA dient als Testplattform für neue Brennstofftechnologien. Der ATR kann kompakte, hochflussige Irradiationsbedingungen in beschleunigtem Tempo erzeugen, um den Betrieb eines Reaktors über einen längeren Zeitraum zu simulieren und das Verhalten des Brennstoffs zu bewerten.

Leistung und Energieausbeute

Im Mai 2024 wurden 12 ANEEL-Rodlets in den ATR geladen, um Ziel-Versickerungsraten von 20, 40 und 60 GWd/MTU zu erreichen. Im letzten Jahr erreichten acht dieser Rodlets die ersten beiden Versickerungsziele, und die letzte Charge nähert sich nun dem höchsten Versickerungsziel. Dies dient dazu, reale Leistungsdaten des Brennstoffs unter Reaktorbedingungen zu generieren.

Nach einer kurzen Kühlzeit werden die Rodlets anschließend zum Materials and Fuels Complex (MFC) des INL für die post-irradiation examination (PIE) überführt. Die im letzten Jahr entfernten acht Rodlets werden derzeit einer PIE unterzogen, welche auch Details zur Brennstoffmikrostruktur und zur Leistung bei hohen Burnup-Niveaus liefert. Was folgt als Nächstes?

Die bisher vorliegenden PIE-Ergebnisse zeigen, dass ANEEL-Brennstoff gut funktioniert, da er während der Bestrahlung seine strukturelle Integrität und die günstige Spaltgaskonzentration beibehält. „Das Überschreiten eines Burnups von 60 GWd/MTU im Advanced Test Reactor markiert einen wichtigen Meilenstein für das ANEEL-Brennstoffprogramm“, erklärte Mehul Shah, CEO, in einer Pressemitteilung.

Leistung und Energieausbeute

Diese Irradiationskampagne liefert bedeutende Leistungsdaten und zeigt, dass Thorium-HALEU-Brennstoff Brennstoffverbrauchsgrade erreichen kann, die denen, während gleichzeitig eine verbesserte Brennstoffausnutzung, gesteigerte Sicherheitsmerkmale, inhärente Proliferationsresistenz und eine deutliche Reduzierung langlebiger radioaktiver Isotope aus nuklearem Altstrom erzielt werden.

ANEEL-Brennstoff behält die Geometrie bestehender Brennelemente bei, wie beispielsweise die 19- und 37-Element-Designs, die in PHWR- und Canadian Deuterium Uranium (CANDU)-Reaktoren verwendet werden.

Dies erleichtert die Integration in bestehende Reaktoren ohne jegliche Modifikationen am Reaktorkern-Design oder an den Systemen. „Unser Ziel war es, Thorium auf praktische Weise in den nuklearen Brennstoffkreislauf einzuführen, indem wir bestehende Reaktoren nutzen, und dieser Meilenstein stellt einen bedeutenden Schritt in diese Richtung dar“, fügte Shah in der Pressemitteilung hinzu.

Mit dem PIE für seine Rodlets arbeitet CCTE an seinem nächsten Meilenstein: der Demonstration Reaktorkraftwerk, was den Weg für seinen Markteintritt ebnen wird. CCTE wird mit INL und anderen Industriepartnern zusammenarbeiten, um zukünftig mehr Kernreaktoren zu betreiben.