USA: Prototyp für Auslegungsvalidierung eines Mikroreaktors hergestellt

Das amerikanische DOE hat im vergangenen Jahr das Projekt Microreactor Applications Research Validation and Evaluation (Marvel) ins Leben gerufen. Damit unterstützt es Forschung und Entwicklung im Bereich der aufkommenden Mikroreaktortechnologie. Teil des Projekts ist ein Demonstrations-Mikroreaktor, der in der Transient Reactor Test (Treat)-Anlage des INL aufgestellt und getestet wird.

Bevor die endgültige Version des Mikroreaktors gebaut und bei Treat installiert wird, muss das Entwicklerteam prüfen, ob diese wie vorgesehen funktioniert. Dazu setzen sie eine Simulationssoftware ein. Dies allein reicht aber noch nicht. «Wir verwenden Modellierungswerkzeuge, damit die Aufsichtsbehörden Vertrauen in die Reaktorkonstruktion haben, aber wir können nicht alle Aspekte der Strömungs- und Wärmedynamik modellieren», erklärt Yasir Arafat, der Projektleiter und technische Leiter von Marvel. «Eine Demonstration ist notwendig, damit wir sicher sein können, dass der endgültige Reaktor mit einem grossen Mass an Zuverlässigkeit auf hohem Vertrauensniveau arbeitet.»

Es braucht also einen Prototypen für Tests zum Bestätigen der Resultate der Computersimulationen. So einen Prototyp hat das INL nun gebaut. Wenn die Tests damit und die Simulationsergebnisse ähnlich ausfielen, könne das Team die Modellierungs- und Simulationswerkzeuge verifizieren. Dann liessen sie sich bei der Entwicklung des Sicherheitsnachweises für den Marvel-Reaktor einsetzen, so Arafat.

Beeindruckende Dimensionen des Prototyps
Die Maschinenbauer des INL haben innerhalb von neun Monaten den massstabsgetreuen Prototyp des Marvel-Mikroreaktors gebaut. Er heisst Primary coolant apparatus test (PCAT) und ist aus rostfreiem Stahl gefertigt. Vier Stirling-Motoren erzeugen Strom. Die dazu notwendige Wärme wird im Mikroreaktor zukünftig durch Kernspaltung generiert, der Prototyp wird aber noch elektrisch beheizt. Bei einer Höhe von über 3,5 Meter wiegt PCAT rund 900 Kilogramm.

Vielfältiger Demonstrationsreaktor Marvel
Marvel (YouTube-Video) ist ein Natrium-Kalium-gekühlter Mikroreaktor, der 100 kW Leistung erzeugen wird. Als Brennstoff kommt High-Assay Low Enriched Uranium (Haleu) zum Einsatz. Strom erzeugen die vier Stirling-Motoren. Mit Marvel lassen sich Mikroreaktoranwendungen testen, behördliche Genehmigungsverfahren entwickeln, Systeme für die Fernüberwachung erproben und autonome Steuerungstechnologien entwickeln. Darüber hinaus werden die Möglichkeiten von Mikroreaktoren für eine Vielzahl von elektrischen und nicht elektrischen Anwendungen wie Wasseraufbereitung und Wärmeerzeugung für Fernwärme und Klimatisierung von Gewächshäusern untersucht und getestet.