Dual-Fluid-Reaktor

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Der Dual-Fluid-Reaktor (Eigenschreibweise: Dual Fluid Reaktor) ist ein Kernreaktor-Konzept mit dem Ziel, die Vorteile des Flüssigsalzreaktors mit denen metallgekühlter Reaktoren (natriumgekühlter Reaktor, bleigekühlter Reaktor) zu kombinieren.[1] Somit sollen die Nachhaltigkeits-, Sicherheits- und Wirtschaftlichkeitsziele der sogenannten „IV. Generation“ erreicht werden.

Konzept[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Kraftwerk-Skizze DF300 mit modularem Reaktor (300 MWel)
Kraftwerk-Skizze DF1500 (1500 MWel)

Der konzipierte Reaktor soll einen flüssigen Kern und Bleikühlung haben. Aktuell sieht das Unternehmen Dual Fluid flüssiges Aktinoidenmetall als Brennstoff vor, theoretisch sollen auch Chlorsalze möglich sein. Er soll ein hartes Neutronenspektrum haben und für eine kombinierte Hochtemperaturwiederaufarbeitung die fraktionierte Destillation/Rektifikation nutzen. Das modulare Modell DF300, das zuerst realisiert werden soll, soll einen Verbrennungszyklus von einigen Jahrzehnten haben. Danach soll der Brennstoff aus dem Reaktor entfernt und in einer eigenen Recyclinganlage so aufbereitet werden, dass die noch nutzbaren Stoffe einen neuen Verbrennungszyklus durchlaufen können. Größere Dual-Fluid-Modelle sollen über eine integrierte Recyclinganlage verfügen, die den Brennstoff permanent vor Ort und im laufenden Betrieb aufbereitet. In beiden Fällen sollen nur Spaltprodukte übrigbleiben, die innerhalb von 300 Jahren auf eine Radiotoxizität unterhalb der von Natururan abklingen, ein geologisches Endlager nach den Maßstäben des Standortauswahlgesetzes sei deutlich leichter zu errichten.

Das Unternehmen bewirbt das Konzept mit herausragenden Sicherheitseigenschaften, niedrigen Kosten sowie der Fähigkeit, Transuranabfall oder abgebrannten Brennstoff aus Leichtwasserreaktoren in kurzen Zeiträumen energetisch zu verwerten und per Transmutation in besser nutzbare oder ungefährlichere Elemente umzuwandeln.

Während des Betriebs soll die Sicherheit durch einen stark negativen Temperaturkoeffizienten gewährleistet werden, zudem könnte durch die hohe Wärmeleitfähigkeit der flüssigen Metalle die Nachzerfallswärme vollständig passiv abgeführt werden; dadurch soll das Konzept eine sehr hohe inhärente Sicherheit aufweisen.

Als Brutreaktor soll der Dual-Fluid-Reaktor, anders als herkömmliche Leichtwasserreaktoren (LWR), nicht nur das mit einem Anteil von 0,7 % am Natururan recht seltene Uran-235 verwerten, sondern auch das weit häufigere Uran-238. Falls eine vollständige Umwandlung des gesamten Urans in Transurane mit nachfolgender Spaltung gelingt, könnte ein solcher Reaktor aus dem ungenutzten Uran-238 eines typischen abgebrannten LWR-Brennelements (ca. 1 Tonne) etwa 2,5 Jahre lang eine thermische Leistung von 1 Gigawatt gewinnen. Zudem soll der Dual-Fluid-Reaktor auch Thorium nutzen können. Damit würden die Kernbrennstoffressourcen der Erde für tausende von Jahren ausreichen.

Entwicklungsgeschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das Dual-Fluid-Konzept wurde zunächst am privaten Institut für Festkörper-Kernphysik (IFK) in Berlin entwickelt. Im Februar 2021 gründeten einige der Mitwirkenden dort das kanadische Unternehmen Dual Fluid Energy Inc., um die Technologie zur kommerziellen Reife zu führen. Eine im Jahr 2017 abgeschlossene Dissertation an der Technischen Universität München kommt zum Fazit, dass das Dual-Fluid-Reaktorkonzept „generell realisierbar ist und großes Potenzial hat“.[2]

Bisher wurde ein Patent auf das Funktionsprinzip des Reaktors erteilt,[3] ein weiteres auf den Flüssigmetall-Brennstoff ist beantragt.[4] Derzeit (Stand Januar 2022) gibt es noch keinen Prototyp des Reaktors.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Videos

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. A. Huke, G. Ruprecht, D. Weißbach u. a.: The Dual Fluid Reactor – A novel concept for a fast nuclear reactor of high efficiency. (PDF; 1,7 MB). In: Annals of Nuclear Energy. Bd. 80 (2015), S. 225–235, doi:10.1016/j.anucene.2015.02.016.
  2. X. Wang: Analysis and Evaluation of the Dual Fluid Reactor Concept. Dissertation von 2017
  3. Patentanmeldung WO2013041085A2: Dual Fluid Reaktor. Angemeldet am 21. September 2012, veröffentlicht am 28. März 2013, Erfinder: Armin Huke, Götz Ruprecht, Ahmed Hussein, Konrad Czerski, Stefan Gottlieb.
  4. Patentanmeldung WO2020088707A1: Dual Fluid Reaktor - Variante mit Flüssigmetallspaltstoff. Angemeldet am 1. November 2019, veröffentlicht am 7. Mai 2020, Anmelder: Armin Huke, Erfinder: Armin Huke et al.