USA: USNC startet Brennstoffproduktion im Sommer 2022

USNC wird seine Anlage zur Fertigung von Versuchsbrennstoff auf dem Areal des East Tennessee Technology Parks (ETTP) errichten. In der Nähe liegen weitere Einrichtungen, die an fortgeschrittenen Kernbrennstofflösungen arbeiten, wie das Oak Ridge National Laboratory (ORNL), eine renommierte Forschungseinrichtung des Department of Energy (DOE), und der Y-12 National Security Complex, eine kerntechnische Anlage des DOE. So könne USNC auf diese einzigartige Ansammlung von Fachwissen und Fachkräften sowie auf spezialisierte Arbeitskräfte zugreifen.

Gemäss Department of Economic & Community Development des Bundesstaats Tennessee wird USNC in den nächsten fünf Jahren umgerechnet etwas über CHF 15 Mio. in seine PFM-Anlage investieren und 31 neue Arbeitsplätze schaffen. Die Anlage soll im Sommer 2022 in Betrieb genommen werden, sobald die staatlichen und lokalen Genehmigungen vorliegen.

USNC will herkömmlichen Triso-Brennstoff (siehe weiter unten) für andere Kunden sowie den Fully Ceramic Micro-encapsulated (FCM)-Brennstoff für seinen eigenen heliumgekühlten Mikromodulreaktor (MMR) herstellen. Dazu werden zuerst Uranpulver zu Triso-Elementen verarbeitet und diese dann weiter zu FCM-Brennstoff. Davon will das Unternehmen Mengen von mehreren Kilogramm produzieren. Dank der modularen Bauweise der PFM-Anlage sei die Brennstoffproduktion einfach skalierbar, so USNC.

USNC plant die Module auch in weiteren neuen Produktionsanlagen einzusetzen, um die Nachfrage nach Brennstoff für den MMR und für andere fortschrittliche terrestrische und Weltraum-Energiesysteme zu decken. Damit dies gelingt, werden gemäss USNC die Module zuerst in Oak Ridge mit einer Identifikationsnummer versehen und ausführlich getestet.

Zusammenarbeit mit weiteren Partnern am Standort von grosser Bedeutung
Laut USNC basieren die Fertigungsmodule und -technologien, die sie in ihrer PFM-Anlage einsetzt, auf Systemen und Prozessen in kleinerem Massstab, die ursprünglich im Rahmen verschiedener DOE-Programme (insbesondere am ORNL) entwickelt wurden. Eine dieser Technologien, ein 3D-Druckverfahren zum Herstellen feuerfester keramischer Karbide, habe USNC kürzlich von ORNL lizenziert.

Die enge Zusammenarbeit mit dem ORNL sei für die Bemühungen von USNC weiterhin von grosser Bedeutung, damit es seine Technologie vermarkten und eine kosteneffiziente Versorgungskette für fortschrittliche Kernbrennstoffe aufbauen könne. Zudem biete der Y-12 National Security Complex wichtige Ressourcen und Fachkenntnisse, was die Uranverarbeitung bei USNC entscheidend erleichtern könne.

Was ist ein Triso-Brennstoff?
Klassischer Triso-Brennstoff (tristructural-isotropic fuel) wird zum Beispiel in einem Kugelhaufenreaktor eingesetzt und ist störfalltolerant. Das heisst, dass der Brennstoff auch bei den denkbar höchsten Temperaturen im Reaktor intakt bleibt. Das Triso-Brennelement weist dabei die Form von tennisballgrossen Kugeln auf. Jede dieser Kugeln enthält unzählige beschichtete Brennstoffpartikel (Triso-Elemente), die in Grafit eingebettet sind.

Ein Triso-Element hat einen Durchmesser von rund einem Millimeter und besteht aus einem Kern mit dem Brennstoff Urandioxid (UO₂). Dieser ist von mehreren Schichten Grafit (Kohlenstoff) ummantelt. Das Grafit wirkt als Puffer zum Ausgleich von Volumenänderungen als Folge der Bildung neuer Elemente durch die Kernspaltung. Sonst könnten die Kügelchen aufbrechen. Darüber wird eine chemisch sehr widerstandsfähige Schutzschicht aus feuerfestem Siliziumkarbid aufgetragen und nochmals eine Schicht aus besonders dichtem Grafit. Damit ist sichergestellt, dass die radioaktiven Spaltprodukte zuverlässig eingeschlossen bleiben.

In einem weiteren Produktionsschritt werden die Triso-Elemente mit Grafitpulver gemischt und zu etwa tennisballgrossen Kugel gepresst. Schliesslich werden diese nochmals mit einer Grafitschicht ohne Brennstoff überzogen. Das Grafit, in das die Kügelchen eingebettet sind, dient als Moderator zum Abbremsen der Neutronen, damit es überhaupt zu Kernspaltungen kommt.

Mehr zum Triso-Brennstoff und zu seiner Verwendung lesen Sie in unserem Faktenblatt.

USNC hat den Triso-Brennstoff weiterentwickelt
Für seinen Fully Ceramic Micro-encapsulated-Brennstoff hat USNC den klassischen Triso-Brennstoff weiterentwickelt. Das Unternehmen bettet die winzigen Triso-Elemente nicht in Grafit, sondern in eine Keramikmatrix aus dichtem Siliziumkarbid ein. Laut USNC ergibt diese Kombination einen extrem robusten und stabilen Brennstoff mit aussergewöhnlicher Hochtemperaturstabilität von über 2000 °C. Dieser Brennstoff liegt zudem nicht als Kugel, sondern als Pellet vor – wie der Uranbrennstoff in den gegenwärtigen Kernkraftwerken. Die Pellets stapelt USNC dann und fügt sie in Grafitblöcke ein, die Kühlkanäle aufweisen und als Moderator funktionieren. Hunderte solcher Grafitblöcke werden schliesslich zur Reaktorkern-Patrone zusammengesetzt, die einige Tonnen Brennstoff enthält.