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- Salzschmelze-Reaktoren wurden erstmals in den 1950er-Jahren gebaut, in den USA jedoch seit den 1970er-Jahren nicht mehr eingesetzt.
- Die US-amerikanische Nuklearaufsichtsbehörde hat kürzlich eine Genehmigung für den Bau eines Kernkraftwerks mit geschmolzenem Salz erteilt.
- Kairos Power leitet das Projekt, das bis 2027 abgeschlossen sein soll.
Die USA haben eine Genehmigung zum Bau eines anderen Kernreaktortyps erteilt.
Der als Schmelzsalzreaktor bekannte Reaktor könnte in Zukunft zu kleineren, einfacher zu bauenden Kernkraftwerken führen, die letztendlich Schiffe und andere netzunabhängige Standorte mit Strom versorgen könnten.
Das Besondere an diesem Reaktor ist die Art und Weise, wie er seinen Kern kühlt, indem er geschmolzenes Salz anstelle von Wasser verwendet.
Wasser vs. Salz
Purdue Universität
Fast alle Die heute in Betrieb befindlichen Kernreaktoren nutzen Wasser zur Kühlung. Ihre Kerne können Temperaturen von erreichen 572 Grad Fahrenheitviel heißer als der Siedepunkt von Wasser von 212 Grad.
Um zu verhindern, dass das Wasser verdunstet und es bei so hohen Temperaturen flüssig bleibt, ist viel Druck erforderlich, was wiederum zusätzliche Technologie, Platz und Geld kostet.
Einige Salze hingegen haben einen viel höheren Siedepunkt würde nicht die gleichen teuren Hochdruckumgebungen erfordern.
„Man kann es bei diesen hohen Temperaturen verwenden, und es kocht nicht“, sagte Nicholas V. Smith, Projektleiter des Experiments zum Reaktor mit geschmolzenem Chlorid am Idaho National Laboratory, gegenüber Business Insider. „Man braucht keine großen, dicken Druckbehälter, um Kühlmittel aufzunehmen.“
Der erste in den 1950er Jahren getestete Reaktor für geschmolzenes Salz war beispielsweise klein genug, um in ein Flugzeug zu passen, während der Teil des Kernkraftwerks Diablo Canyon in Kalifornien, der Energie erzeugt, 12 Hektar Land einnimmt Berkeley Engineering.
Dieser und andere Vorteile sind der Grund die USA Nuklearregulierungskommission hat gerade die erste Genehmigung zum Bau eines nicht wassergekühlten Kernkraftwerks erteilt.
Es sei das erste seit 1968, sagte Mike Laufer, Vorstandsvorsitzender von Kairos Power Bloomberg.
Kairos Power ist das Unternehmen, das bis 2027 in Oak Ridge, Tennessee, den Bau einer Testanlage namens Hermes plant, die mit geschmolzenem Fluoridsalz gekühlt werden soll.
Die erste Version der Anlage wird keinen Strom liefern, aber das Unternehmen hofft, dass der Nachfolger Hermes 2 dies schafft 2028.
Warum lohnt es sich, geschmolzenes Salz noch einmal zu erkunden?
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Schmelzsalzreaktoren gibt es seit den 1950er Jahren, die USA haben sie jedoch in den 1970er Jahren größtenteils aufgegeben zugunsten von wassergekühlten Reaktoren, von denen viele bereits gebaut waren.
In letzter Zeit befassen sich Unternehmen, darunter auch Kairos, und Labore jedoch wieder mit salzgekühlten Reaktoren.
„Salz als Kühlmittel ist Wasser einfach überlegen, wenn man erst einmal die technischen Details geklärt hat“, sagte Smith gegenüber BI.
Da Schmelzsalzreaktoren diese dicken Druckbehälter nicht benötigen, um Wasser bei hohen Temperaturen flüssig zu halten, gebe es mehr Designflexibilität, sagte Smith.
Reaktoren können beispielsweise kleiner sein als wassergekühlte Optionen und an einer größeren Vielfalt an Standorten gebaut werden.
„Geschmolzenes Salz eröffnet viele Gestaltungsmöglichkeiten, die ohne Salz einfach nicht möglich wären“, sagte Smith. „Wenn man sich dem Niederdruck-Paradigma zuwendet, wird die Fertigung viel einfacher.“
„Ich sehe, dass Schmelzsalzreaktoren in allen Bereichen weit verbreitet eingesetzt werden“, von abgelegenen Standorten über Schifffahrtsschiffe bis hin zu großen Kraftwerken, fügte er hinzu.
Wie Hermes funktionieren wird
Hermes wird es tun arbeiten bei Temperaturen bis zu 1.200 Grad Fahrenheit. Aber sein geschmolzenes Salzkühlmittel – das aus einer Mischung aus Lithiumfluorid und Berylliumfluorid besteht, bekannt als FLiBe – kocht bei etwa 2.606 Grad Fahrenheit, deutlich über der Temperatur des Reaktorkerns.
Frank Hoffman/Oak Ridge National Laboratory; Flickr (gemeinfrei)
Daher bleibt FLiBe bei diesen hohen Temperaturen ohne zusätzlichen Druck flüssig. Das dürfte den Bau der Reaktoren einfacher und kostengünstiger machen, sagte Smith.
Auch der von Kairos Power vorgeschlagene Brennstoff unterscheidet sich von einem typischen Kernreaktor. Das Unternehmen plant die Verwendung von TRISO, einem TRi-strukturellen ISOtropischen Partikelbrennstoff.
Es kann extremen Temperaturen besser standhalten als derzeitige Kraftstoffe, wodurch es weniger wahrscheinlich ist, dass radioaktive Spaltprodukte freigesetzt werden, so die Studie US-Büro für Kernenergie.
Es bleiben Herausforderungen
Zu den Herausforderungen gehört die Begrenzung der Korrosion.
„Sauerstoff ist sozusagen die treibende Kraft für Korrosion in geschmolzenem Salz“, sagte Smith.
Die Herausforderung besteht darin, die Sauerstoffexposition des Salzes zu begrenzen. „Es sind nicht die exakt gleichen Prozesse, aber es sind die gleichen Prinzipien wie bei jedem anderen Kühlmittel“, sagte er. „Man muss die Chemie kontrollieren.“
Schmelzsalzreaktoren haben Nachteile. Beispielsweise würden sie „mehrere verschiedene Abfallströme produzieren, die alle eine umfangreiche Verarbeitung erfordern würden und mit Herausforderungen im Zusammenhang mit der Entsorgung konfrontiert wären“, so der Physiker MV Ramana schrieb im Jahr 2022.
Eine Studie empfohlen dass die Reaktoren mehr Atommüll produzieren könnten als aktuelle Systeme und dass sie „hochkorrosive und pyrophore Brennstoffe und Kühlmittel verwenden werden, die nach der Bestrahlung hochradioaktiv werden.“