Amerikaanse microreactor MARVEL krijgt vloeibaar metaal als koelmiddel

Het Amerikaanse ministerie van Energie (DOE) testet bij het Idaho National Laboratory (INL) een nieuw soort microreactor. Het project heet MARVEL, een afkorting voor Microreactor Applications Research Validation and Evaluation. Doel is onderzoeken hoe compacte kernreactoren zich gedragen, zodat die kennis toekomstige reactorontwerpen kan helpen verbeteren. Medio september kwam een belangrijk onderdeel aan: het primaire koelsysteem, dat straks warmte uit de reactorkern moet afvoeren.

Vloeibaar metaal in plaats van water

Waar gangbare kerncentrales vaak water onder hoge druk gebruiken om warmte af te voeren, kiest MARVEL voor een andere aanpak: vloeibaar-metaalkoeling. Het systeem werkt met een legering van natrium en kalium die al bij kamertemperatuur vloeibaar is en ook bij hoge temperaturen goed warmte kan afvoeren. Omdat dit mengsel niet onder druk hoeft te staan om vloeibaar te blijven, gedraagt het zich anders dan de waterkoeling die onderzoekers kennen van grote kerncentrales. Precies dat maakt het interessant voor wetenschappers die compacte reactorontwerpen bestuderen. Het koelsysteem is afgeleverd bij de Transient Reactor Test Facility van INL, waar technici het nu inbouwen in de rest van de reactor. Die integratie is de laatste stap voor een reeks tests die moeten leiden tot de eerste criticaliteit: het moment waarop de reactor voor het eerst een zichzelf in stand houdende kernreactie op gang brengt. Dat betekent nog niet dat de reactor meteen op vol vermogen draait. In deze vroege fase verzamelen onderzoekers vooral meetgegevens over het natuurkundige gedrag van de reactorkern.

Veiligheidsdossier goedgekeurd

Voorafgaand aan de komst van het koelsysteem zette het Idaho Operations Office van DOE al een belangrijke stap: de definitieve veiligheidsanalyse van MARVEL werd goedgekeurd. Daarmee kan de testreactor toe naar een zogeheten droge criticaliteitsconfiguratie. In die opstelling bereikt de reactor een gecontroleerde kritieke staat met nauwelijks energieopwekking, zonder dat er al koelvloeistof nodig is. Zo kunnen onderzoekers eerst het fysische gedrag van de reactorkern bestuderen, voordat de volledige thermische werking wordt getest. Projectleider Abdalla Abou-Jaoude zegt dat het team dankzij deze goedkeuring door kan naar de eerste criticaliteitstest. Volgens INL-veiligheidsingenieur Doug Gerstner weerspiegelt de analyse jarenlang technisch en veiligheidswerk, en onderbouwt de goedkeuring de risicogerichte aanpak van het project.

Blauwdruk voor nieuwe reactoren

MARVEL moet vooral data opleveren waarmee natuurkundige berekeningen over kernreactoren kunnen worden gecontroleerd aan de hand van metingen uit een echte, werkende reactor. Kleine reactoren hebben andere technische uitdagingen dan grote commerciële centrales, zeker als ontwerpers systemen kleiner en eenvoudiger willen maken. MARVEL biedt daarvoor een gecontroleerde testomgeving, zonder de ambitie om een commerciële kerncentrale te evenaren. Als de reactor in december inderdaad kritiek wordt, kunnen onderzoekers voor het eerst echte metingen verzamelen voor de dataset die het hele project moet opleveren.