2036

Corrosietesten MYRRHA

SCK CEN verbreekt wereldrecord

20.000 uur aan corrosietesten: 7.000 uur meer dan de vorige wereldrecordhouder.

SCK CEN verbreekt wereldrecord

Rond 2036 wil SCK CEN de bouw van de innovatieve onderzoeksinfractuur MYRRHA afronden, die wereldwijd een unicum zal zijn. De voorbereiding draait op volle toeren en materiaalonderzoek speelt daarin een sleutelrol. “Tijdens de corrosietests braken onze structuurmaterialen alle records. Alles wijst erop dat ze de vereiste verblijftijd in de reactorkern zonder kleerscheuren doorstaan”, stellen de betrokken onderzoekers.

Een glimmend buizencomplex domineert de technologiehal van SCK CEN, waar tal van experimenten voor de toekomstige, innovatieve onderzoeksinfrastructuur MYRRHA opgesteld staan. Dat imposante buizencomplex is ’s werelds krachtigste corrosiekringloop met vloeibaar lood-bismut. De installatie – die toepasselijk de naam CRAFT kreeg – pompt continu 400 liter lood-bismut aan twee meter per seconde door de buizen. Ze wordt ingezet om de corrosiebestendigheid van MYRRHA’s geselecteerde structuurmaterialen in vloeibaar lood-bismut te valideren.

Erich Stergar, wetenschapper bij SCK CEN die het onderzoek naar de structuurmaterialen coördineert: “Lood-bismut is een vloeibaar metaal, waarmee we de kern van MYRRHA zullen koelen. We moeten zeker zijn dat de structuurmaterialen die we selecteerden, de extreme omstandigheden in de onderzoeksreactor zonder problemen aankunnen. De CRAFT-installatie is een cruciaal instrument om de toegestane corrosie in componenten zoals splijtstofelementen, warmtewisselaarbuizen, reactorvat en andere onderdelen te bepalen.”

Hoe hoger de temperatuur, hoe meer corrosie. We hebben dus een worstcasescenario onderzocht.

Rafaël Fernandez
Wereldrecord

Wereldrecord

In 2019 rondden onderzoekers van SCK CEN een grootschalig corrosie-experiment af. Het roestvrij stalen omhulsel dat de splijtstof zal verpakken, verbleef meer dan 20.000 uur in het 400ºC warme lood-bismut. “Daarmee vestigden we een nieuw wereldrecord”, aldus Stergar. De vorige recordhouder, Karlsruhe Institute of Technology in Duitsland, klokte af op 13.000 uur. Of de materialen corrosiebestendig zijn? “Jazeker”, antwoordt hij.

Al waren de omstandigheden in dit experiment extremer dan in de uiteindelijke infrastructuur. In het reactorvat van MYRRHA schommelt de temperatuur tussen 220ºC en 400ºC. Ingenieur Rafaël Fernandez, die het ontwerp van MYRRHA helpt uittekenen: “In de splijtstofelementen meten we lokaal temperaturen tot 400ºC. Om de kern te koelen, stroomt er vloeibaar lood-bismut door. Op het moment dat het lood-bismut in de kern stroomt, bedraagt de temperatuur van het lood-bismut 220ºC. Op het moment dat het uit de kern stroomt, bedraagt de temperatuur gemiddeld 306ºC.”

Worst case

De componenten in MYRRHA zullen dus niet continu aan 400ºC blootgesteld worden, terwijl dat in het grootschalige corrosie-experiment wel het geval was. “Hoe hoger de temperatuur, hoe meer corrosie”, aldus Fernandez. In MYRRHA blijven de splijtstofelementen achttien cycli in de reactorkern, maar ze moeten slechts twee cycli een temperatuur van 400ºC dulden. “Dit experiment duurde 20.000 uur, oftewel 9,3 cycli. We hebben dus een worstcasescenario onderzocht”, vervolgt hij.

Het zijn die wisselende temperaturen die het onderwerp van vervolgonderzoek vormen. In 2020 zullen de onderzoekers van SCK CEN reële condities in MYRRHA simuleren en de structuurmaterialen dus in lood-bismut met verschillende temperaturen onderdompelen. “Het doel is om het basismateriaal te kwalificeren”, verklaart Stergar. Daarmee hebben de onderzoekers slechts één nieuwe horde genomen. “MYRRHA zal uiteraard niet alleen uit basismaterialen bestaan. De basismaterialen worden aan elkaar gelast of zo gemonteerd dat ze nog kunnen bewegen. Hoe reageren die verbindingen op de extreme omstandigheden? Hoe corrosiebestendig zijn ze? Kunnen we ze gemakkelijk vervangen? Op al die vragen willen we een antwoord formuleren in de volgende stappen van ons onderzoek”, besluit de onderzoeker.

Of de materialen corrosiebestendig zijn? Jazeker!

Erich Stergar

Tikkeltje zuurstof doet materiaal ademen

Hoe treedt corossie juist op? Het roestvrij stalen omhulsel dat de splijtstof zal verpakken, is een legering van ijzer, chroom, nikkel en koolstof. Het lood-bismut dat langs de buis stroomt, knabbelt het nikkel – en in mindere mate het chroom – uit het staal. Daardoor wijzigt de dikte van het omhulsel: het wordt dunner. “Het omhulsel is de eerste fysieke barrière van de uraniumsplijtstof en mag dus niet desintegreren”, legt onderzoeker Stergar uit. Om dat te voorkomen, voegen de onderzoekers een ‘vingerhoedje’ zuurstof toe. “Als roestvrij staal met water in contact komt, wordt er een laag gevormd om het staal te beschermen. Bij vloeibaar lood-bismut moeten we slechts een tikkeltje zuurstof toevoegen om diezelfde beschermlaag te krijgen. De concentratie moet echter beperkt zijn: net genoeg om die beschermlaag te creëren, maar niet genoeg om het lood-bismut te laten oxideren. Dat zou de koeling van de kern blokkeren.” De onderzoekers streven naar een doelwaarde van 10-7 gewichtsprocent in het vloeibare lood-bismut, wat overeenkomt met ongeveer 1 gram zuurstof per 1000 ton lood-bismut. Het reactorvat van MYRRHA zal met 7600 ton lood-bismut gevuld zijn. Een vingerhoed zuurstof moet dus volstaan.

Zijne Majesteit de Koning bezocht SCK CEN

Zijne Majesteit de Koning bezocht SCK CEN

Zijne Majesteit de Koning heeft vorig jaar op 26 juni 2019 een werkbezoek gebracht aan SCK CEN in Mol. Aanleiding van het bezoek was de regeringsbeslissing van 2018 om MYRRHA – een wereldprimeur – in België te realiseren. “Die nieuwe, unieke onderzoeksinfrastructuur zal jonge en dynamische wetenschappers uit de hele wereld aantrekken”, aldus Hamid Aït Abderrahim, adjunct-directeur-generaal van SCK CEN en directeur van het MYRRHA-project. De bouw van MYRRHA heeft dankzij de regeringsbeslissing grote vooruitgang geboekt. Dat mocht Zijne Majesteit de Koning aanschouwen tijdens zijn werkbezoek.

Exploring a better tomorrow luidt onze nieuwe tagline. Ze weerspiegelt perfect onze missie: innovatieve toepassingen ontwikkelen voor de maatschappij. Wetenschappelijke vindingrijkheid is noodzakelijk om innovatieve ideeën te bedenken, maar enkel met een strikt projectmanagement toveren we dat idee om in een succesverhaal. Wat willen we bereiken? Welke mijlpalen kent het project? Wanneer moeten we ze opleveren? We blijven onszelf die vragen stellen, zodat we efficiënt blijven samenwerken. Ons oog op de afgesproken deadline, onze blik op de maatschappij.

 

Adrian Fabich (MINERVA Design and Build)