Technologien zur Brennelementfertigung
Hochwertiger Brennstoff - Antriebskraft für die Zukunft modularer Reaktoren
Mit dem weltweit steigenden Bedarf an sauberer Energie und der Notwendigkeit zur industriellen Dekarbonisierung rücken Small Modular Reactors (SMRs) zunehmend in den Fokus. Ihre Fähigkeit, kohlenstofffreie Prozesswärme bei hohen Temperaturen bereitzustellen, macht sie zur idealen Lösung für den Ersatz fossiler Energieträger in zahlreichen Industriezweigen. Im Zentrum dieser innovativen Reaktortechnologien steht eine entscheidende Komponente: der Brennstoff.
Langjährige TRISO-Brennstoffexpertise
NUKEM verfügt über eine jahrzehntelange Erfahrung in der Entwicklung und Produktion von Brennstoffen für Hochtemperaturreaktoren (HTR). Bereits in den 1960er-Jahren war das Unternehmen ein zentraler Akteur im deutschen HTR-Programm - verantwortlich für Brennstoffspezifikationen, das Design von Brennelementen sowie die Entwicklung entsprechender Fertigungsprozesse. Diese Pionierarbeit bildete die Grundlage für kontinuierliche Innovationen im Bereich TRISO-Brennstoffe.
In den 1970er- und 1980er-Jahren produzierte unsere Tochtergesellschaft HOBEG über 1,25 Millionen kugelförmige Brennelemente für die deutschen Reaktoren AVR und THTR. Diese auf TRISO-Technologie basierenden Elemente setzten internationale Maßstäbe in Bezug auf Sicherheit und Leistungsfähigkeit - Standards, die bis heute maßgeblich für die Qualifizierung moderner Brennstoffe sind.
Fortschrittlicher Brennstoff für Reaktoren der nächsten Generation
TRISO-Brennstoff, mit seiner mehrschichtigen keramischen Ummantelung und außergewöhnlichen Rückhaltefähigkeit für Spaltprodukte, bildet das Fundament moderner HTR-Konzepte. Ob in Form von Kugeln (Pebbles) oder Zylindern (Compacts) - TRISO ist unerlässlich für die inhärente Sicherheit und die Hochtemperaturtauglichkeit dieser Reaktoren.
NUKEM deckt den gesamten TRISO-Fertigungsprozess ab:
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Herstellung von Brennstoffkernen: Präzise chemische und thermische Verarbeitung von UO₂- oder UCO-Kernen. -
Beschichtung: Anwendung einer vierlagigen pyrolytischen Kohlenstoff- und Siliziumcarbid-Ummantelung mittels CVD-Verfahren.
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Formung zu Brennelementen: Einbettung der TRISO-Partikel in eine Graphitmatrix und Formung zu kugelförmigen Brennelementen oder zylindrischen Kompakten, je nach Reaktortyp.
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Qualitätskontrolle & Recycling: Höchste Standards entlang der gesamten Produktionskette, nahezu geschlossener Uran-Kreislauf, Rückgewinnung eingesetzter Chemikalien und emissionsfreier Betrieb.
Uranmetall-Brennstoff – Schlüsseltechnologie für SMR-Brennstoffe
Während TRISO-Brennstoff für Hochtemperaturreaktoren (HTGR) eine zentrale Rolle spielt, erfordert die breite Markteinführung von Small Modular Reactors (SMR) die Fähigkeit, ein breites Spektrum uranhaltiger Brennstofftypen zu fertigen. Viele der aktuellen SMR-Designs basieren auf HALEU-Kernbrennstoff (HALEU: High-Assay Low-Enriched Uranium ist ein Kernbrennstoff, bei dem die Urananreicherung zwischen 5% und 20% liegt).
NUKEM verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in der Herstellung von Uranmetall-Brennstoffen. Bereits in den 1950er-Jahren begannen wir mit der Produktion metallischer Brennelemente für Forschungsreaktoren wie den FR2 in Karlsruhe und den ECO-Reaktor in Ispra. Im Anschluss fertigten wir weiterhin Uranmetall-Brennstoffe, darunter Legierungen (U-Al, U-Si), für verschiedene Forschungsreaktoren, einschließlich des Hochflussreaktors am Institut Laue–Langevin in Grenoble (Frankreich). Für diese Anwendungen wurde auch hochangereichertes Uran eingesetzt.
Heute gilt der Ammoniumuranylcarbonat (AUC)-Umwandlungsprozess als bevorzugtes Verfahren zur Herstellung von Uranmetall: Angereichertes Uranhexafluorid (UF₆) wird zunächst in einem Nassverfahren zu Uranoxid (UO₂) umgesetzt. Das entstandene UO₂ wird anschließend durch Hydrofluorierung in Uran(IV)-fluorid (UF₄) überführt und danach mittels calciothermischer Reduktion zu metallischem Uran reduziert.
Diese umfangreiche Expertise ermöglichte die Planung und den Bau industrieller Produktionsanlagen – beispielsweise die Brennstofffabrik für die indonesische Atomenergiebehörde BATAN, die weiterhin 20 % angereichertes Uranmetall für Testreaktoren produziert. Die Fähigkeit, alle für SMR relevanten Brennstoffarten - TRISO, Oxid, Metalllegierungen und salzbasierte Brennstoffe - aus einem einheitlichen Ausgangsmaterial herzustellen, stellt einen entscheidenden Beitrag zur Flexibilität und Zukunftssicherheit der modernen Brennstoffversorgung dar.
Energie für eine saubere Zukunft
Wir entwickeln unsere Brennstoffherstellungstechnologien kontinuierlich weiter - unter Einbindung fortschrittlicher Sicherheitskonzepte wie geometrisch sicherer Anlagen und nahezu abfallfreier Prozesse. Unsere Erfahrung in der Reaktivierung und Modernisierung von TRISO-Prozessen - einschließlich der Planung der südafrikanischen PBMR-Brennelementefabrik - macht uns zu einem einzigartigen Partner bei der weltweiten Einführung moderner SMR-Flotten.
Während weltweit neue Reaktorprojekte entstehen, ist NUKEM bereit, den dafür benötigten Hochleistungsbrennstoff zu liefern. Unsere Fertigungstechnologien sind nicht nur bewährt, sondern auch skalierbar - und bilden damit das Fundament für eine zuverlässige, kohlenstoffarme Energieversorgung über viele Jahrzehnte hinweg.