Energie-instituut DIFFER, vooral bekend van zijn kernfusieonderzoek, gaat binnenkort materialen testen die mogelijk geschikt zijn voor de gesmoltenzoutreactor van de Nederlandse startup Thorizon.


Volgens sommigen zijn de gesmoltenzoutreactoren dé hoop voor de toekomst. Bij dit soort kernsplijtingsreactoren zijn meltdowns onmogelijk en het afval dat ze produceren is veel sneller veilig dan dat van een reguliere kerncentrale.

De Nederlandse startup Thorizon denkt al over tien jaar zo’n reactor te kunnen leveren. Maar dan moet het bedrijf wel een materiaal zien te vinden dat bestand is tegen barre omstandigheden. Op dat punt komt de Ion Beam Facility van het Nederlandse energie-instituut DIFFER binnenkort te hulp.
 

Straling en zout

Hét grote probleem bij gesmoltenzoutreactoren (molten salt reactors of MSR’s) is dat ze, zoals de naam al zegt, gebruikmaken van gesmolten zout, een behoorlijk corrosief goedje.

Dat zout wordt bovendien verhit tot temperaturen van rond de 800 graden Celsius. Voeg daar de straling aan toe die vrijkomt bij de kernreacties waar het allemaal om draait, en het moge duidelijk zijn dat het gebruikte materiaal flink wat te verduren krijgt.
 

Nieuwe deeltjesbundel

Op 25 oktober neemt de Ion Beam Facility van DIFFER een nieuwe deeltjesbundel in gebruik om de circa twintig materialen te testen die Thorizon nu op het oog heeft. De naam van deze bundel, ontworpen door het Duitse bedrijf Aachen Ion Beams en gefinancierd door de provincie Noord-Brabant: het DIFFER Irradiation-Corrosion Experiment (DICE).

In eerste instantie worden de materialen ‘alleen maar’ blootgesteld aan gesmolten zout, zegt Beata Tyburska-Pueschel, manager van de faciliteit. ‘De materialen die daarbij het best presteren, krijgen dan te maken met straling én gesmolten zout. Die experimenten nemen meer tijd in beslag, dus willen we eerst zoveel mogelijk opties wegstrepen.’
 

De Ion Beam Facility bij DIFFER.

Bijzondere opstelling

De gebruikte materiaalsamples zijn maar zo’n dertig tot zestig micrometer dik, vertelt Tyburska-Pueschel. Van de voorkant worden ze bestraald door een bundel protonen afkomstig van de onderzoeksdeeltjesversneller die het hart vormt van de Ion Beam Facility. Aan de achterkant stroomt er gesmolten zout langs.

Een bijzondere opstelling, stelt Tyburska-Pueschel. ‘Alleen het MIT heeft er ook zo een, maar die van ons is beter’, zegt ze. ‘Daar staat het gesmolten zout stil, bij ons circuleert het. En onze deeltjesbundel is veel intenser.’
 

Uitdagingen

Die opzet bracht wel een aantal uitdagingen met zich mee. ‘Als zo’n dun sample breekt, kan er radioactief zout vrijkomen dat een boel schade kan aanrichten. Dus hebben we veiligheidsmaatregelen moeten treffen om dat te voorkomen’, zegt Tyburska-Pueschel.

‘En de hoge intensiteit van de deeltjesbundel betekent dat het hele systeem flink wordt verhit. Die overtollige warmte moeten we natuurlijk op de een of andere manier kwijt zien te raken. Het zout laten stromen was ook lastig. Maar het is ons allemaal gelukt.’
 

Dodelijke cocktail

Als uit de DICE-experimenten is gebleken welke materialen het beste bestand zijn tegen de dodelijke cocktail van corrosie, hitte en straling, zou je die voor verdere tests naar een onderzoeksreactor kunnen brengen – bijvoorbeeld die van NRG in Petten.

Daar kunnen ze dan worden blootgesteld aan de neutronen die daadwerkelijk vrijkomen bij kernreacties, in plaats van de protonen die DICE erop afvuurt. En hopelijk blijkt dan uit die tests van welk materiaal Thorizon zijn reactormodulen het beste kan gaan maken.
 

Geen illusies

De slimme ‘truc’ die Thorizon daarbij gebruikt, is dat die modulen al na vijf jaar worden vervangen. Daardoor hoeft de startup geen materiaal te zoeken dat aantoonbaar, zeg, vijftig jaar kan functioneren in een reactor.

‘We hebben niet de illusie dat we zo’n materiaal gaan vinden’, zegt Sander de Groot, medeoprichter en  cto van Thorizon. ‘Dus wij denken dat je gewoon moet gaan vervangen, op een praktische en veilige manier.’
 

‘Materialen vormen het grootste probleem’

Een goed doordachte aanpak, vindt Tyburska-Pueschel. ‘Thorizon is zich ervan bewust dat materialen het grootste probleem vormen bij gesmoltenzoutreactoren. Door zich te richten op een materiaal dat maar vijf jaar meegaat, kunnen ze veel eerder beginnen met het uitgeven van licenties voor een MSR. En als ze eenmaal een werkende reactor hebben, kunnen ze op zoek naar materialen die het langer uithouden.’


Tekst: Jean-Paul Keulen
Openingsbeeld: de opstelling van het DIFFER irradiation-corrosion experiment (DICE). Foto's Bart van Overbeeke