Das vom US-Energieministerium unterstützte Experiment mit einem schmelzflüssigen Chloridreaktor wird 2027 in die entscheidende Testphase eintreten.

Ein vom US-Energieministerium unterstütztes Kernexperiment wird voraussichtlich frühestens 2027 wichtige Betriebsdaten für die nächste Generation von Reaktoren liefern. Das Experiment mit dem schmelzflüssigen Chloridreaktor (MCRE) zielt darauf ab, einen schnellen schmelzflüssigen Chloridsalzreaktor unter kontinuierlichen Fissionsbedingungen zu testen. Die Ergebnisse könnten Ingenieuren helfen, diese Technologie in die kommerzielle Anwendung zu überführen. Das Energieministerium hat zusätzliche gemeinsame Mittel genehmigt, um die endgültige Entwicklungsphase des Experiments zu beschleunigen. Southern Company, das Idaho National Laboratory und CORE POWER arbeiten im Rahmen des fortschrittlichen Reaktordemonstrationsprogramms des Ministeriums an diesem Projekt zusammen.

Design des schmelzflüssigen Chloridreaktors

Im Gegensatz zu herkömmlichen Reaktoren kann das Design des schmelzflüssigen Salzreaktors den Kernbrennstoff in flüssigem Salz lösen. MCRE wird ein auf Chlorid basierendes System untersuchen, das mit einem schnellen Neutronenspektrum betrieben wird. Die Energie, die von schnellen Neutronen gehalten wird, ist höher als die, die in vielen herkömmlichen Reaktoren verwendeten thermischen Neutronen, und dieser Unterschied beeinflusst das Verhalten des Kernbrennstoffs sowie die Fissionskontinuität des Reaktors. Ingenieure benötigen experimentelle Daten, um diese Auswirkungen zu verstehen und das Design zu verbessern. MCRE soll das weltweit erste Experiment eines schnellen schmelzflüssigen Chloridreaktors sein, das kritische Bedingungen erreicht. Dieses Meilenstein wird erreicht, wenn der Reaktor in der Lage ist, die nukleare Kettenreaktion kontinuierlich zu kontrollieren.

Das Idaho National Laboratory wird den Forschern helfen, während des Betriebs direkte Messdaten zum Verhalten des Reaktors zu sammeln.

Der stellvertretende Laborleiter Jess Gehin erklärte, dass Ingenieure derzeit auf Modelle angewiesen sind, um die Leistung dieses Reaktordesigns vorherzusagen. Er sagte: „Die Nutzung von realen Betriebsnachweisen zur Verbesserung dieser Modelle wird die prognostische Unsicherheit für zukünftige Reaktordesigner und Regulierungsbehörden verringern.“ Diese Messdaten können Entwicklern helfen, Simulationswerkzeuge zu validieren und technische Entscheidungen zu bewerten, und könnten Informationen für zukünftige Genehmigungsarbeiten zu Reaktoren liefern, obwohl die Regulierungsbehörden weiterhin spezifische Sicherheitsnachweise für Projekte benötigen.

Technologische Herausforderungen und Anwendungspotenzial

Vor der Bereitstellung stehen Entwickler fortschrittlicher Reaktoren vor erheblichen technologischen Herausforderungen. Die experimentellen Ergebnisse können Ingenieuren helfen, Unsicherheiten zu identifizieren, bevor sie sich zu größeren, teureren Demonstrationen verpflichten. MCRE könnte Daten über das Verhalten des Brennstoffs und die Leistung des Reaktors während der kontinuierlichen Fission liefern. Diese Erkenntnisse könnten Entwicklern helfen, Designentscheidungen zu bewerten und eine stärkere technische Argumentation für zukünftige Projekte zu entwickeln. Southern Company betrachtet dieses Experiment als Beispiel dafür, wie Bundesmittel und Fachwissen aus dem privaten Sektor die Kernforschung vorantreiben können.

Der Senior Vice President Mark S. Berry erklärte, dass die Zusammenarbeit dazu beitragen kann, technologische Unsicherheiten zu verringern, sodass Entwickler zuverlässige und wirtschaftliche Energie anstreben können. Diese Forschung könnte auch Anwendungen über die Stromerzeugung hinaus unterstützen. Das schnelle schmelzflüssige Salzesystem könnte letztendlich den industriellen Energiebedarf und die Produktion medizinischer Isotope decken. Entwickler untersuchen auch, ob diese Reaktoren zusätzlichen Wert aus abgebranntem Kernbrennstoff extrahieren können.

CORE POWER sieht potenzielle Anwendungen in der kommerziellen Schifffahrt, da die nukleare Antriebstechnik während des Betriebs über längere Zeiträume emissionsfreie Energie liefern kann. CEO Mikal Bøe erklärte, dass das Unternehmen 2020 die Verpflichtung eingegangen ist, MCRE zu etablieren. Der beschleunigte Zeitplan wird das kritische Ziel nun auf 2027 vorverlegen. Bøe sagte, dass dieses Experiment dazu beitragen könnte, das technische Wissen, die Genehmigungsmethoden und die Lieferketten zu etablieren, die für die kommerzielle Bereitstellung erforderlich sind. CORE POWER hofft auch, Fortschritte in der Kernbrennstofftechnologie mit seinen maritimen Kernentwicklungsanstrengungen zu verbinden.

Kernkraftbetriebene Schiffe könnten letztendlich eine Alternative zu herkömmlichen maritimen Brennstoffen darstellen. Allerdings erfordert die Bereitstellung umfangreiche Arbeiten in Bezug auf Reaktorsicherheit, Schiffsintegration, Regulierung und unterstützende Infrastruktur. Das unmittelbare Ziel von MCRE bleibt wissenschaftlicher Natur und nicht kommerziell. Die experimentellen Ergebnisse könnten dazu beitragen, festzustellen, ob der schnelle schmelzflüssige Chloridreaktor in Richtung praktischer Anwendungen, einschließlich zukünftiger maritimer Energiesysteme, vorankommen kann.

Zukunftspotenzial des schmelzflüssigen Chloridreaktors

Der Erfolg des Experiments mit dem schmelzflüssigen Chloridreaktor wird weitreichende Auswirkungen auf die Entwicklung der Kernenergietechnologie haben. Diese Technologie könnte nicht nur die Betriebseffizienz von Reaktoren steigern, sondern auch zusätzliche Energielösungen für die Industrie und den medizinischen Bereich bieten. Angesichts der steigenden Nachfrage nach erneuerbaren Energien wird das Potenzial der Kernenergie als kohlenstoffarme Energiequelle immer wichtiger. Die Ergebnisse dieses Experiments werden den Weg für zukünftige kommerzielle Anwendungen ebnen und könnten die Entwicklung der nuklearen Antriebstechnologie vorantreiben, was die Energieversorgungsmodelle in der Schifffahrt und anderen Branchen verändern könnte.