MYRRHA

MYRRHA is een loodgekoelde reactor annex deeltjesversneller die het Studiecentrum voor Kernenergie tegen 2036 in dienst wil stellen op haar terreinen in Mol. Het is een Engelse afkorting die staat voor Multi-purpose Hybrid Research Reactor for High-tech Applications (multifunctionele hybride onderzoeksreactor voor hoogtechnologische toepassingen). MYRRHA wordt de opvolger van de BR2-onderzoeksreactor.

Principe van een loodgekoelde reactor

De installatie zal twee gedaanten kunnen aannemen. Enerzijds kan MYRRHA geconfigureerd worden om onderzoek uit te voeren naar de versplijting van langlevend kernafval (transmutatie). Daarvoor is een opstelling met deeltjesversneller en subkritische kern vereist. Anderzijds kan MYRRHA evenzeer opereren met een kritische kern en zonder deeltjesversneller. In deze constellatie zal het bijdragen aan de ontwikkeling van de vierde generatie kernreactoren, meer bepaald van het subtype loodgekoelde snelspectrumreactoren (LFR).

Daarnaast laat de deeltjesversneller onderzoek en productie toe van radioisotopen en maakt hij fundamenteel onderzoek mogelijk naar bv materialen voor fusiereactoren.

Ontwerp
Alfa-klasse kernonderzeeër

De drie grote innovaties van het concept zijn de deeltjesversneller, het spallatiedoelwit en de subkritische kern.[1]

Voorts is ook het gebruik van lood-bismutkoeling uitzonderlijk (de enige ervaring tot nu toe is in Russische kernonderzeeërs van de alfa-klasse).[2]

Aandrijving

MYRRHA is wereldwijd het eerste prototype van een kernreactor aangedreven door een deeltjesversneller (Accelerator Driven System of ADS)[3] (afgezien van GUINEVERE, de testinstallatie die sedert januari 2012 in subkritische modus functioneert[4]).

Een protonenversneller wordt gebruikt om de splijting op gang te brengen door het afvuren van hoogenergetische protonen op een vloeibaar mengsel van lood en bismut (het spallatiedoelwit, dat zich in de reactorkern bevindt). Hierdoor worden neutronen vrijgemaakt uit de atoomkernen van het doelwit, die op hun beurt een splijtingsreactie in de kernbrandstof gaan induceren. Als men de deeltjesversneller uitschakelt, stopt het splijtingsproces doordat de subkritische kern per definitie geen kettingreactie kan onderhouden.[5]

Omdat continue werking een cruciale factor is, heeft men gekozen voor een versneller van het lineaire type.[6]

Koeling

Het afkoelen van de reactorkern van MYRRHA gebeurt hoofdzakelijk door een legering van lood en bismut in vloeibare toestand. Dit Pb-Bi-eutecticum (LBE) vervult tegelijk de functie van spallatiedoelwit. Bij afschakeling van de versneller wordt de reactor passief gekoeld door het LBE.

Reactor

De reactor van MYRRHA is van het bassintype en is zo ontworpen dat de splijtstofelementen langs onder in de reactorkern worden ingebracht.[7]

Splijtstof

De splijtstofelementen bestaan uit gemengd plutonium-uranium oxide (MOX) vanwege zijn betere neutroneneigenschappen in snelle reactoren.[8] Het aandeel plutonium kan oplopen tot 35%. Aangezien in België geen MOX meer wordt geproduceerd en de bevoorrading problematisch is, werd hierover een voorakkoord gesloten met China.[9] Sindsdien wordt ook naar Europese leveranciers van MOX gekeken.

In subkritische modus zullen aan het MOX hoge concentraties aan lagere actiniden worden toegevoegd. Dit zijn langlevende en hoogradioactieve restproducten uit de klassieke splijtstofcyclus, waarvan de splijting op een veilige manier niet voor de hand ligt.[10] In de subkritische kern van MYRRHA zal het mogelijk zijn deze stoffen gecontroleerd te versplijten.

Vermogen

In het huidige ontwerp zal MYRRHA een thermisch vermogen van 100 MW hebben. De opgewekte warmte zal niet worden gebruikt om elektriciteit te genereren. Dat zal wel het geval zijn voor de opvolger ALFRED.

Doelstellingen

MYRRHA is ontworpen met de bedoeling om in één enkele infrastructuur tegemoet te komen aan uiteenlopende wensen.

Transmutatie van kernafval

De eerste doelstelling van MYRRHA is onderzoek te voeren naar het versplijten van langlevend, hoogradioactief kernafval (voornamelijk de zogenaamde lagere actiniden). Hierdoor levert dit afval nog een energetische bijdrage en wordt het tezelfdertijd omgezet in minder schadelijke elementen. Het getransmuteerde kernafval is beduidend minder belastend, zowel qua volume, radiotoxiciteit als levensduur.

De opstelling met deeltjesversneller en subkritische kern is noodzakelijk om de versplijting op een veilige en gecontroleerde manier te laten verlopen. MYRRHA is bedoeld om de werkbaarheid van transmutatie in deze opstelling te demonstreren, niet voor de verwerking van kernafval op industriële schaal.

Ontwikkelen van LFR-technologie

Als loodgekoelde snelle reactor kadert MYRRHA binnen het ontwikkelingstraject van de vierde generatie kernreactoren, meer bepaald de Europese variant van het LFR-type (Lead-Cooled Fast Reactor).

Anders dan water remt lood-bismut de vrijgekomen neutronen niet af. Dankzij de snelle neutronen gebeuren er meer splijtingen en kan het nuttig gebruik van de splijtstof uranium met een factor 50 tot 100 worden vermenigvuldigd.[11] Bovendien zijn er ook voordelen op het vlak van veiligheid, thermisch rendement en waterbeslag.[12]

Tegenover natrium, dat wordt gebruikt in de huidige kweekreactoren en in het intussen stopgezette Franse ASTRID-project,[13] heeft lood het veiligheidsvoordeel dat het nauwelijks chemisch reageert met water en lucht.

De grote uitdaging ligt in het hoge smeltpunt van lood (327,5°C), waardoor temperatuurbestendige materialen moeten worden gevonden voor gebruik in de reactor.[14] In MYRRHA wordt dit opgelost door bismut toe te voegen om het smeltpunt te verlagen tot 123,5°C, maar dit element is te zeldzaam en kostbaar om op grote schaal te kunnen gebruiken. Andere moeilijkheden zijn de corrosieve aard en de hoge massa van lood. Dit vergt aangepaste oplossingen inzake resp. materialengebruik (koelcircuit, splijtstofbekleding) en ontwerp (mechanische belasting beperken door compactheid).[15]

Andere onderzoeksdoelstellingen
  • Bijdragen aan de ontwikkeling van nieuwe reactortechnologieën door bestralingstesten van materialen en componenten. In het bijzonder zal MYRRHA de ontwikkeling van natrium- en heliumgekoelde snelspectrumreactoren en van fusiereactoren ondersteunen.
  • Bijdragen aan de ontwikkeling van nieuwe splijtstoftypes
  • Bijdragen aan het onderzoek naar nieuwe radio-isotopen
  • Bijdragen aan fundamenteel wetenschappelijk onderzoek (vastestoffysica, kernfysica, microbiologie etc.): hierin zal de protonenversneller een voorname rol spelen via ISOL@MYRRHA (Isotope Separator On-Line), een middel om intense laagenergetische radioactieve ionenbundels op te wekken.

Commerciële toepassingen
  • Aanmaak van radio-isotopen voor de productie van radiofarmaca (medische diagnose en behandeling)
  • Oprichting van clusterbedrijven die onderzoek bij en exploitatie van MYRRHA vermarkten

Situering binnen de internationale O&O-context

MYRRHA is een belangrijke schakel in de onderzoeksprogramma's van Euratom, dat lid is van het Generation IV International Forum. Europa zet in op de ontwikkeling van drie types snelle reactoren, waarbij de natriumtechnologie als referentie werd weerhouden en de LFR gezien wordt als alternatief op langere termijn.[16]

In het zesde kaderprogramma van Euratom (2002-2006) was MYRRHA opgenomen in twee projecten inzake beheer van radioactief afval: ELSY (European Lead Cooled System), waarvoor een consortium is opgezet, en EUROTRANS (EURopean Research Programme for the TRANSmutation of High Level Nuclear Waste in an Accelerator Driven System). In het zevende kaderprogramma (2007-2013) wordt voortgebouwd op de resultaten van deze projecten en is MYRRHA aangeduid als FASTEF (FAst Spectrum Transmutation Experimental Facility) waarvoor een Central Design Team (CDT) is opgezet dat moet bijdragen aan de ontwikkeling ervan. Daarnaast blijft MYRRHA een etappe op de weg naar een Europese loodgekoelde snelleneutronenreactor (ELFR met een vermogen van 600 MWe), waarbij GUINEVERE als voorloper fungeert en ALFRED de volgende stap zal vormen (demonstratie van stroomopwekking in 125 MWe installatie).

MYRRHA is ook stevig ingebed in het Strategic Energy Technology Plan van de Europese Commissie, in het kader waarvan het door de European Sustainable Nuclear Industrial Initiative (ESNII) als prioritair werd weerhouden. Ook het European Strategy Forum on Research Infrastructures heeft MYRRHA aangeduid als onderzoeksinfrastructuur van strategisch belang.[17]

Implementatieplanning, budget en financiering

De kostenraming van MYRRHA zag erin in 2010 als volgt uit:[18][19]

  • Voorbereiding: 40 miljoen euro
  • constructie: 960 miljoen euro
  • werking: 60 miljoen euro per jaar (46,4 plus 14,6 miljoen euro)
  • ontmanteling: 105 miljoen euro

In maart 2010 heeft de Belgische regering toegezegd om een jaarlijkse bijdrage van 12 miljoen euro te leveren, vanaf 2015 te verhogen naar 36 miljoen. Dit komt neer op een totaal bedrag van 384 miljoen euro over 14 jaar, of 40% van de investeringskosten. Andere beoogde financieringsbronnen zijn de bijdragen van het internationale consortium, EU-subsidies, een lening van de EIB en inkomsten uit de bestralingsdiensten.[19]

In juni 2015 werd er bericht over concrete onderhandelingen met Japan over een bijdrage van 10 à 15%.[20] Het vinden van buitenlandse partners verliep moeizaam. Dat samen met de gebeurtenissen in Fukushima en de verstrengde eisen van de veiligheidsautoriteiten zorgt voor een ander kostenplaatje in 2018:

Het driefasig implementatieplan begint met de bouw van het eerste deel van de deeltjesversneller (tot 100 MeV) en het PTF-station (Proton Target Facility). Die volledig modulaire installatie, MINERVA genaamd, zal vanaf 2027 operationeel zijn.

Tijdens deze eerste fase (2018-2026) staan ook het onderzoek naar en de ontwikkeling met betrekking tot de 600 MeV-deeltjesversneller (fase 2) en de reactor (fase 3) en de pre-licensiëring op de planning. Fase 2 en 3 worden gelijktijdig gerealiseerd tussen 2027 en 2036. De onderzoeksfaciliteit MYRRHA zal vanaf 2036 operationeel zijn.

Voor MYRRHA is een totaal budget van 1,6 miljard euro vereist. De Belgische overheid ondersteunt sinds 2010 het project financieel en heeft toegezegd om 40 % van de totale infrastructuurkosten te financieren.[21] Een budget van EUR 100 miljoen werd al toegekend voor onderzoek en ontwikkeling (O&O), ontwerpuittekening en het implementatieplan (2010-2017). In maart 2018 bevestigde de federale overheid dat ze dit jaar 19,5 miljoen euro in de bouw van MYRRHA zal investeren en zich voor het project engageert vanaf 2019. Op 7 september 2018 besliste de regering om 558 miljoen euro te investeren in het MYRRHA-project.[22] Daarmee zullen de eerste fase gebouwd en de tweede en derde fasen voorbereid worden.

Naast deze steun van de Belgische staat zal MYRRHA gefinancierd worden met behulp van een internationaal consortium van investeerders en via financiering door de Europese Investeringsbank (EIB). Een groot aantal partners heeft al interesse getoond, o.a. Frankrijk, Japan, Zweden, de Verenigde Staten en Duitsland. [21]

Kritiek
  • De bevoorrading van MOX is precair en er zijn nauwelijks alternatieven als de Chinese aanvoer zou stokken.[23]
  • Zelfs bij succesvolle uitkomst zal de ontwikkelde transmutatietechniek geen oplossing bieden voor het reeds verglaasde kernafval (690 ton in België).[24]
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.