Geavanceerde kernreactoren hebben een ander type uranium nodig. Hier zijn 4 dingen die je moet weten

Kernenergie van de toekomst gaat brandstof nodig hebben. Dat heeft regeringen, energiebedrijven en kernengineers ertoe aangezet hun handen te willen leggen op HALEU: hoogverrijkt laag verrijkt uranium.

HALEU (uitgesproken als “Hey, Lou”) was voorheen een nichemateriaal, dat voornamelijk werd gebruikt in kernreactoren voor wetenschappelijk onderzoek. Maar nu hebben meerdere bedrijven in de Verenigde Staten nieuwe soorten kernreactoren voorgesteld waarvan ze beweren dat ze efficiënter en veiliger elektrische energie zullen opwekken. Dergelijke reactoren, waarvan vele zullen draaien op HALEU, zijn een belangrijk onderdeel van het plan van de Amerikaanse regering om te voldoen aan toekomstige eisen voor schone energie. Op 10 juni heeft TerraPower, een bedrijf opgericht door Bill Gates, de eerste steen gelegd voor wat een van de eerste van deze nieuwe generatie HALEU-gestookte reactoren moet worden. Maar momenteel produceert de Verenigde Staten deze brandstof niet in de hoeveelheden die nodig zullen zijn voor die groep. Dus terwijl het Amerikaanse Ministerie van Energie de ontwikkeling van zulke geavanceerde reactoren financiert, werkt het ook aan het veiligstellen van een ruime voorraad HALEU-brandstof.

Maar sommige wetenschappers uiten hun bezorgdheid over de opkomst van HALEU. Volgens een commentaar in de Science van 7 juni zou HALEU kunnen worden gebruikt om een kernwapen te maken, iets wat niet mogelijk is met de huidige reactorbrandstof.

HALEU’s potentieel om energie te leveren, en de wapenbezorgdheden die ermee gepaard kunnen gaan, roepen dringende vragen op. Hier zijn vier dingen om te weten over HALEU.

In vergelijking met standaard reactorbrandstof bevat HALEU een groter aandeel van een belangrijke soort uranium, het isotoop uranium-235. U-235 is splijtbaar: de kern splitst zich in tweeën bij absorptie van een neutron met lage energie, waarbij energie vrijkomt.

Natuurlijk voorkomend uranium bevat slechts ongeveer 0,7 procent U-235. Het grootste deel van de rest is het isotoop U-238. Om te worden gebruikt in een kerncentrale, moet uranium worden verrijkt om meer U-235 te bevatten. Standaard reactoruranium bevat ongeveer 3 tot 5 procent U-235. Uranium dat is verrijkt tot 20 procent of meer staat bekend als hoogverrijkt uranium, dat, in tegenstelling tot reactor-uranium, kan worden gebruikt om kernwapens te maken.

HALEU bevindt zich tussen deze twee uitersten in, met ongeveer 5 tot 20 procent U-235. Dat betekent dat het op manieren kan worden gebruikt die reactor-uranium niet kan, maar de Verenigde Staten en andere landen beperken het gebruik ervan niet zo streng als hoogverrijkt uranium.

De HALEU-rage is aangewakkerd door de interesse in geavanceerde kernreactoren. Die term omvat een breed scala aan reactorontwerpen die niet passen binnen het standaardmodel voor reactoren in de Verenigde Staten. Geavanceerde reactoren zijn vaak kleiner dan typische reactoren en kunnen een andere stof dan normaal water gebruiken voor koeling, zoals vloeibaar natrium. En geavanceerde reactoren vereisen vaak HALEU, meestal verrijkt tot net onder 20 procent.

Met HALEU, “kan je de kern kleiner en energie-efficiënter maken in de ruimte die je hebt, waardoor de bouwkosten dalen,” zegt nucleair ingenieur Josh Jarrell van Idaho National Laboratory in Idaho Falls. En HALEU-brandstof kan worden gebruikt in vormen die verschillen van de uraniumdioxidebrandstof die in huidige reactoren wordt gebruikt. Sommige reactorontwerpen gebruiken een metallische brandstof, of met een laagje omhulde pellets van uranium ter grootte van een maanzaad, TRISO genaamd. De verschillende brandstofopties en verschillende reactorontwerpen kunnen een voordeel zijn voor de veiligheid, zegt Jarrell. “Afhankelijk van het ontwerp, hebben ze geen menselijke betrokkenheid nodig om veilig uit te schakelen.”

Op dit moment bestaan de meeste geavanceerde reactoren in de Verenigde Staten alleen op papier. Maar DOE financiert twee demonstratieprojecten voor geavanceerde reactoren: TerraPower’s Natrium Reactor in Kemmerer, Wyo., en X-energy’s Xe-100 Reactor in Seadrift, Texas. Beide vereisen HALEU.

Er is geen gevestigde, grootschalige commerciële leverancier van HALEU in de Verenigde Staten. En ongeacht hoe geavanceerd een reactor is, het is nutteloos zonder brandstof. Rusland produceert HALEU, maar een Amerikaanse wet die in mei is aangenomen zal de meeste import van uranium uit Rusland verbieden.

Om ervoor te zorgen dat geavanceerde reactorprojecten brandstof hebben, heeft de Amerikaanse regering inspanningen ondersteund om het materiaal te produceren. Een bedrijf uit Maryland, Centrus Energy Corp., is begonnen met het produceren van wat HALEU als onderdeel van een demonstratieproject in samenwerking met DOE in een verrijkingsfaciliteit in Piketon, Ohio.