Ein gasgekühlter Reaktor oder GCR ist eine Art nuklearer thermischer Kernspaltungsreaktor.
Der Neutronenmoderator des GCR-Reaktors ist Graphit. Das Kühlmittel in der Gas-Kernreaktortechnologie ist Kohlendioxid im gasförmigen Zustand.
Gemäß der Klassifizierung der Internationalen Atomenergiebehörde der Vereinten Nationen (IAEO) umfasst dieser Reaktortyp den fortgeschrittenen Gastyp oder AGR und Magnox (von Magnesium Non-OXidising), beide aus britischer Technologie.
In der Geschichte der Kernenergie gab es auch einen französischen GCR-Typ namens UNGG (vom französischen Uranium Naturel Graphite Gaz). Dennoch ist es ein veralteter Typ, von dem es derzeit kein betriebsbereites Kernkraftwerk auf der Welt gibt. Sie waren die erste Generation von Kernreaktoren in Frankreich, die nach dem Zweiten Weltkrieg entwickelt wurden.
Die wesentlichen Unterschiede zwischen den Modellen Advanced Gas Reactor (AGR), Magnox und UNGG sind der Brennstoff und die Beschichtung der Pellets.
Der Magnox und der UNGG wurden gleichzeitig entwickelt; Sie sind die ältesten und ziemlich ähnlich. Beide Reaktoren verwenden natürliches Uran als Kernbrennstoff und unterscheiden sich darin, dass der Magnox die Pellets mit einer Legierung aus Magnesium und Aluminium umgibt. Gleichzeitig hat die UNGG dies mit Magnesium und Zirkonium getan.
Die neue Generation von GCRs, ACRs (oder fortschrittlichen gasgekühlten Reaktoren) verwendet angereichertes Uran in ihrem Brennstoffkreislauf.
Magnox-Kernreaktor
Magnox ist eine Reihe von Kernreaktoren, deren Forschung und Entwicklung in Großbritannien hergestellt wird. Da der verwendete Kernbrennstoff natürliches metallisches Uran ist, trägt das Kühlmittel Kohlendioxid als Moderatorgraphit.
Der Name "Magnox" stimmt mit dem Namen der Marke Magnesium-Aluminium-Legierung überein, die in diesen Reaktoren zur Herstellung von Ummantelungen für Brennstoffzellen verwendet wird.
Wie die meisten Reaktoren der ersten Generation ist Magnox ein Doppelzweckreaktor, der sowohl für die Plutonium-239-Produktion als auch für die Stromerzeugung ausgelegt ist. Wie bei anderen Plutonium produzierenden Reaktoren ist die schwache Absorption von Neutronen durch die Kernmaterialien ein wichtiges Merkmal.
Die Effizienz des Graphitmoderators ermöglicht es, mit natürlichem Uranbrennstoff zu arbeiten, ohne dass eine Anreicherung erforderlich ist.
Graphit wird in der Luft leicht oxidiert; Daher wird CO 2 als Wärmeträger verwendet. Die Wärmeübertragung vom ersten zum zweiten Kreislauf erfolgt in Dampferzeugern, und der entstehende Dampf treibt eine herkömmliche Turbine zur Stromerzeugung an. Das Design des Reaktors ermöglicht das Betanken im laufenden Betrieb.
Die doppelte Funktion der Magnox-Reaktoren hat es Großbritannien ermöglicht, durch die Wiederaufbereitung abgebrannter Brennelemente im Werk B205 erhebliche Lagerbestände an Reaktorplutonium zu schaffen.
Trotz der Modernisierung zur Steigerung der Effizienz der Stromerzeugung, nachdem die Plutoniumproduktion in den Hintergrund getreten war, waren Magnox-Reaktoren aufgrund ihrer Konstruktionsmerkmale und ihres Betriebs mit nicht angereichertem Uran hinsichtlich der Brennstoffeffizienz nicht mit Druckwasserreaktoren vergleichbar.
In Großbritannien wurden nur wenige Reaktoren dieses Typs gebaut. Außerdem wurden weniger von ihnen in andere Länder exportiert. Der erste Reaktor wurde 1956 in der Calder Hall gebaut und wird oft als "der erste kommerzielle Stromreaktor der Welt" angesehen, während der letzte in Großbritannien 2015 von Wilf geschlossen wurde.
Für 2016 ist Nordkorea nach wie vor das einzige Land, das Magnox-Reaktoren im Yongbyon Nuclear Research Center betreibt. Die Weiterentwicklung von Gas-Graphit-Reaktoren war eine Verbesserung der gasgekühlten Reaktoren mit demselben Kühlmittel, jedoch mit mehreren Änderungen, die die wirtschaftliche Leistung steigern.
Fortschrittlicher gasgekühlter Reaktor
Advanced Gas-Cooled Reactors (AGR) ist die zweite Generation britischer gasgekühlter Kernreaktoren, bei denen Graphit als Neutronenmoderator und Kohlendioxid als Kühlmittel verwendet werden. Die Magnox-Reaktoren waren die nukleartechnische Basis der AGR.
AGR behielt den Magnox-Graphitverzögerer und CO 2 bei , um den Reaktorkern zu kühlen, erhöhte jedoch seine Betriebsauslasstemperatur, um die Effizienz bei der Umwandlung in Dampf zu verbessern. Der von ihm erzeugte Dampf war bewusst identisch mit dem in Kohlekraftwerken erzeugten, so dass dieselben Turbinen und Geräte zur Erzeugung verwendet werden konnten.
In der Anfangsphase des Systemdesigns mussten die Konstrukteure das Beryllium, das zur Aufnahme von Uranbrennstoffzellen verwendet wurde, durch Edelstahl ersetzen. Stahl hat einen höheren Kernquerschnitt, und diese Änderung führte zu einer Änderung des Brennstoffs von natürlichem Uran zu angereichertem Uranbrennstoff, um die Kritikalität aufrechtzuerhalten.
Im Rahmen dieser Änderung hatte das neue Projekt eine höhere Abbrandrate von 18.000 MW / d pro Tonne Kraftstoff, was weniger häufiges Auftanken erforderte.
Der erste AGR-Prototyp wurde 1963 auf den Markt gebracht, 1976 jedoch der erste kommerzielle Reaktor. Von 1976 bis 1988 wurden an sechs Standorten insgesamt 14 Reaktoren gebaut. Sie sind alle mit zwei Reaktoren im selben Gebäude konfiguriert. Jeder Reaktor hat eine Auslegungswärmeleistung von 1.500 MW und treibt einen 660 MW-Turbinengenerator an.
Verschiedene AGR-Stationen produzieren Leistungen im Bereich von 555 MW bis 670 MW, von denen einige aufgrund betrieblicher Einschränkungen unter der Auslegungskapazität arbeiten. Sie alle verwenden Westinghouse-Kraftstoff.
Gasturbine - Modularer Heliumreaktor (GT-MHR)
Ein modularer Heliumreaktor mit Gasturbine (GT-MGR, GT-MHR) ist ein internationales Projekt zur Schaffung eines Kernkraftwerks, das die Sicherheitsanforderungen des 21. Jahrhunderts erfüllt. Diese Anforderungen basieren auf einem gasgekühlten Hochtemperaturreaktor mit einem Heliumkühlmittel, das in einem Erdgasturbinenzyklus arbeitet.
Die Schaffung von zwei Reaktoren dieses Typs zusammen mit den schnellen Reaktoren BN-600 und BN-800 ist Teil des russisch-amerikanischen Programms zur Entsorgung von waffenfähigem Plutonium, das für Verteidigungszwecke nicht erforderlich ist.
Das Projekt wird auf Paritätsbasis von Rosatom (RF) und dem Department of Energy und NNSA (USA) finanziert.
Das Afrikantov OKBM, das RSC KI, VNIINM, General Atomics (USA), Framatome (Frankreich) und Fuji Electric (Japan) nehmen an dem Projekt teil.
Nachteile des gasgekühlten Kernreaktors
Die Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit des Kältemittelgases ist gering. Das Erhalten der notwendigen Wärmeenergie wird durch Erhöhen des Gasdrucks sichergestellt.
Es besteht jedoch auch das Problem, dass der Reaktor aufgrund der geringen Wärmeleistungsdichte im Vergleich zum Leichtwasserreaktor unvermeidlich groß wird.
Mit dem Magnox-Reaktor als Prototyp wurden viele gasgekühlte Stromerzeugungsreaktoren in Betrieb genommen.
Da die überschüssige Reaktivität anfänglich gering ist, ist es schwierig, den Brennstoff im Magnox-Kernreaktor effizient zu verbrennen. Kernbrennstoff muss häufig ausgetauscht werden.
