Mischa Brendel
Eind november 2010 nam de sectie Physics of Nuclear Reactors van de Technische Universiteit Delft officieel de Delft Light water reactor (DeLight) in gebruik, een schaalmodel van een zogeheten superkritischwaterreactor. De DeLight heeft inmiddels de eerste onderzoeksresultaten geleverd.
Bij stoffen die zich in een superkritische fase bevinden, is het onderscheid tussen de gasfase en vloeistoffase verdwenen. Deze fase komt enkel voor bij hoge druk en temperatuur.Water is pas superkritisch bij een druk van 250 bar en een temperatuur van vijfhonderd graden Celsius. Een kernreactor die werkt met superkritisch water kan een hoger rendement bereiken dan conventionele reactors, omdat bij die hoge temperaturen warmte-energie efficiënter omgezet kan worden in elektrische energie.
Â
‘Dit is het enige schaalmodel ter wereld waarmee onderzoek wordt gedaan naar superkritischwaterreactoren zonder een pompsysteem’, vertelt dr.ir. Martin Rohde, supervisor van DeLight. Hij legt uit: ‘In plaats van mechanische pompen bevat DeLight een lussysteem. Het koelwater wordt door een schoorsteen geleid, waar het de hitte van de kern opneemt en hierdoor opstijgt. Bovenin de schoorsteen geeft het water de warmte af, koelt hierdoor af en daalt weer door de zwaartekracht.’ De term koelwater kan hier enigszins misleidend zijn vanwege de dubbelrol van het genoemde water: naast zijn taak om de kern te koelen, dient het water ook als
energieoverdrager.
Â
De DeLight is circa tien meter hoog, vooral door de schoorsteen. Rohde: ‘We hebben de schoorsteen overgedimensioneerd. Het gaat ons meer om hoe het systeem zich in de tijd gedraagt. Krijg je bijvoorbeeld een verstoring in het systeem, groeit deze verstoring dan uit, of wordt deze in verloop van tijd dan gedempt? De eerste onderzoeksresultaten van DeLight laten zien dat beide mogelijk zijn in een superkritischwaterreactor. Het belang van een goed ontwerp van een dergelijke reactor is
daarom nog belangrijker.’
Â
Lees verder onder de foto
De eerste drie meter van de DeLight, dichtbij de kern. In totaal is het schaalmodel tien meter hoog (copyright: TU Delft)
Â
Het schaalmodel in Delft werkt overigens niet met water, maar met het freon R-23. ‘Na onderzoek bleek dat R-23 bij lagere druk en temperatuur nagenoeg dezelfde eigenschappen vertoont als water bij reactorcondities’, legt Rohde uit. ‘ Tenminste, op de punten die voor ons relevant zijn, zoals de dichtheid als functie van de temperatuur.’ Het freon (freon is de verzamelnaam van een groep chloorfluorkoolstofverbindingen) is superkritisch bij lagere waarden dan water: honderd graden Celsius en 57 bar.
Â
Ook de brandstof van het schaalmodel verschilt van die van een kernreactor. De warmte die normaliter ontstaat uit nucleaire reacties, wordt in DeLight gecreëerd door ruim zeshonderd ampère aan stroom op een aantal buizen te zetten.
