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

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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 Actinoidenmetall 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.[2]

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

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Das Dual-Fluid-Konzept wurde zunächst am Institut für Festkörper-Kernphysik gemeinnützige Gesellschaft zur Förderung der Forschung IFK mbH 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“.[3]

Das Reaktordesign gewann die öffentliche Abstimmung für den Galileo-Wissenspreis bei den deutschen GreenTec Awards 2013, aber das Preisverleihungskomitee, das die Preise vergibt, änderte die Regeln, um alle nuklearen Designs auszuschließen, bevor der Gewinner bekannt gegeben wurde. Die Dual-Fluid-Teilnehmer haben daraufhin erfolgreich geklagt.[4][5][6][7]

Bisher wurde ein Patent auf das Funktionsprinzip des Reaktors erteilt,[8] ein weiteres auf den Flüssigmetall-Brennstoff ist beantragt.[9] Derzeit (Stand April 2024) gibt es noch keinen Prototyp des Reaktors.

Das Unternehmen Dual Fluid Inc. rechnete 2022 mit einem Baubeginn eines Prototyps im Jahr 2028 und einer Bauzeit von drei Jahren.[10] Die Entwicklungskosten für den Prototyp mit einer elektrischen Leistung von 300 MW sollen nach Angaben des Unternehmens bei ca. 6 Mrd. US$ liegen.[11]

Im September 2023 verkündete das Unternehmen eine Einigung mit der Atomaufsicht Ruandas über den Bau und Betrieb eines Demonstrationsreaktors.[12] Der Demonstrator solle in zwei bis drei Jahren fertiggestellt sein und diene der Überprüfung von theoretischen Berechnungen und der Erforschung von Materialeigenschaften im Hinblick auf die Genehmigung eines großen Leistungsreaktors.[13]

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Videos

Einzelnachweise

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  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. ↑ Julia Klinkusch: Dual-Fluid-Reaktor - so funktioniert das Kernreaktor-Konzept. 14. September 2024, abgerufen am 17. September 2024 (deutsch).
  3. ↑ X. Wang: Analysis and Evaluation of the Dual Fluid Reactor Concept. Dissertation von 2017
  4. ↑ DFR – The Dual Fluid Reactor. In: The perspective of molten salt reactors. 26. März 2014, abgerufen am 4. August 2019 (amerikanisches Englisch).
  5. ↑ Der Dual Fluid Reaktor (DFR) ist per Gerichtsbeschluss für die GreenTec Awards nominiert ! – Ruhrkultour. August 2013, abgerufen am 4. August 2019 (deutsch).
  6. ↑ Stellungnahme Denominierung — Dual Fluid Reaktor. 8. August 2013, archiviert vom Original am 8. August 2013; abgerufen am 4. August 2019.
  7. ↑ Rainer Klute: How To Stash A Nuclear Reactor Away. In: Rainers Blog. 20. Juni 2013, abgerufen am 4. August 2019 (englisch).
  8. ↑ 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.‌
  9. ↑ 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.‌
  10. ↑ Reinventing Nuclear: Wir erfinden die Kernkraft neu. White Paper der Dual Fluid Inc., 2022, S. 26. (PDF)
  11. ↑ Reinventing Nuclear: Wir erfinden die Kernkraft neu. White Paper der Dual Fluid Inc., 2022, S. 21. (PDF)
  12. ↑ "Rwanda Signs Deal To Build First Dual Fluid Demo Nuclear Reactor In The World", KT Press Rwanda, 12. September 2023, abgerufen am 12. September 2023 [1]
  13. ↑ Atomenergie: Deutsche Physiker bauen Dual-Fluid-Kernreaktor in Ruanda - WELT. 12. September 2023, abgerufen am 12. September 2023.
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