Großer technischer Aufwand zum Test kleiner Reaktoren
Die Anstrengungen, um kleine Reaktoren zu testen, erfordern enormen technischen Aufwand. Die COSMOS-H Versuchsanlage erstreckt sich über mehrere Etagen. Dort ist ein rechteckiges Metallgefäß installiert. An alle Rohre des Gefäßes wird Wasser angeschlossen. Mit einer Höhe von etwa 30 Zentimetern nimmt es eine zentrale Rolle ein. Insbesondere schmale Beobachtungsfensterchen ermöglichen Einblicke ins Innere. Fünf Metallstäbe – dünner als ein Finger – finden sich dort wieder. Die Stäbe sind jedoch nicht hochwertigem Reaktormaterial nachempfunden; sie wären in der Praxis deutlich länger. Dr. Stephan Gabriel, der Abteilungsleiter am KIT, beschreibt die Experimente treffend: „Was wir hier machen, ist Blasensieden. Kochen würden manche sagen.“
Was geschieht genau an den Brennelementen im Reaktor?
Mit steigender Temperatur geschieht Faszinierendes. Bläschen steigen auf, jedoch - irgendwann formt sich ein geschlossener Dampf-Film. Dampf hat eine geringe Wärmeleitfähigkeit. Daher wird die überschüssige Hitze kaum abgeleitet. In der Diskussion um SMRs prüfen internationale Fachleute, ob diese eine echte Verbesserung darstellen. Es tritt eine kritische Frage auf: Wie verhält sich das Material und wie ist die Oberflächenbeschaffenheit der Brennstäbe? An anderer Stelle im KIT-Gelände - im QUENCH-Programm - testen Forscher unterschiedliche Störfallszenarien in Kleinreaktoren. Ein SMR - so erklärt Conrado Rössger, Ingenieur im Team - gilt als kleine Version eines Standardreaktors. Natürlich bestehen Unterschiede. Neu entwickelte Materialien und Technologien stehen im Fokus.
QUENCH-Programm und weitere Prüfstände
Ein weiterer Testbereich auf dem KIT-Gelände ist eine Halle, in der Störfallszenarien simuliert werden. Conrado Rössger erklärt die Zielsetzung der Arbeiten. Im Rahmen des QUENCH-Programms testen Forscher verschiedene Extremsituationen. Die Experimente helfen zu verstehen, wie sich Materialien unter Hitze und Druck verhalten. Letztlich ist das Ziel: Sicherheit bei zukünftigen Reaktordesigns erhöhen.
Große Hitze und Kühlwasser-Schock – Brennstäbe unter Stress
Für die Tests lässt sich ein Bündel von etwa zwanzig Brennstäben gleichzeitig elektrisch aufheizen. Diese Temperaturen können schnell über 2.000 Grad Celsius steigen. Anstelle von Uran verwenden die Wissenschaftler ein nicht-radioaktives Material, dessen Eigenschaften ähnlich sind. Wasser oder Dampf strömt in den Testbehälter, um die Versuche durchzuführen. Mit Hilfe eines Überhitzers erzeugen die Forscher superheißen Dampf bis zu 800 Grad. Forscher können diese hohen Temperaturen nutzen, um verschiedene Effekte im Zusammenhang mit den Hüllrohrmaterialien zu beobachten.
Belastung bis zur Kernschmelze
Die Tests sind herausfordernd. Unter solchen Bedingungen kann Wasserstoffgas entstehen. Dieser Prozess wird im Versuchsbehälter genau verfolgt. Eine hohe Wasserstoffmenge wäre problematisch. Wasserstoff bringt Explosionsgefahr mit sich – Fukushima ist ein schreckliches Beispiel. Überhitzte Hüllrohre haben dagegen das Risiko zu platzen oder zu schmelzen, was zur Freisetzung des radioaktiven Inhalts führen kann. Eine Kernschmelze darf sich niemals wiederholen. Die Erinnerungen an Fukushima sowie Tschernobyl sind warnende Leuchtfeuer. Die Labortests helfen, die Sicherheit neuer kleiner Reaktoren im Vergleich zu den heutigen Großanlagen abzuwägen. Dies geschieht noch lange, bevor SMRs in der Serienproduktion sind.
Quelle: https://www.ites.kit.edu