Upgrading (V)HTR fuel elements for generationIV goals by SiC encapsulation Translated title: Verbesserung der (V)HTR Brennelemente gemäß Generation IV-Zielen durch SiC-Einkapselung

Abstract

The pebble bed reactor is one of the most promising concepts for (V)HTR. Nevertheless recent re-evaluation of AVR and THTR results emphasizes once more that claimed advantages strongly depend on the properties of the fuel elements and their behavior under operational conditions. Additionally safeguards, waste management and disposal aspects gain increasing importance today. The conventional uncoated graphite pebbles meet only inadequately the requirements of Generation IV facilities. Since long experts agree, that corrosion-resistant pebbles with high retention capability for fission products would considerably improve the chances of the pebble bed reactor concept. With laser beam joining of ceramics the key technology is now available for the silicon carbide (SiC) encapsulation of (V)HTR components. The envisaged innovative fuel element consists of a robust SiC hollow sphere filled with moderator and TRISO coated particles. The positive assessment according to Gen IV criteria should justify necessary R&D efforts to obtain qualified fuel elements and demonstrate their superiority under operational conditions.

Kurzfassung

Der Kugelhaufenreaktor ist eines der vielversprechendsten Konzepte für den (V)HTR. Nichtsdestotrotz zeigen neuere Einschätzungen der AVR- und THTR-Ergebnisse einmal mehr, dass die reklamierten Vorteile stark von den Eigenschaften der Brennelemente und ihrem Verhalten unter Betriebsbedingungen abhängen. Zusätzlich gewinnen heute Aspekte von Safeguards, Abfall-Management und Endlagerung eine wachsende Bedeutung. Die konventionellen, unbeschichteten Graphit-Kugeln erfüllen die Anforderungen an Generation IV-Anlagen nur ungenügend. Seit langen ist man sich in Fachkreisen einig, dass korrosionsresistente Brennelemente mit hoher Rückhaltefähigkeit für Spaltprodukte die Zukunftschancen des Kugelhaufenreaktor-Konzepts erheblich verbessern würden. Mit dem Laser-Fügeverfahren für Keramik ist nun die Schlüsseltechnologie für eine Siliziumkarbid (SiC)–Kapselung von (V)HTR-Komponenten verfügbar. Das vorgestellte innovative Brennelement soll aus einer robusten SiC-Hohlkugel bestehen, die mit dem Moderatormaterial und TRISO Coated Particles gefüllt wird. Die positive Einschätzung der erwarteten Eigenschaften gemäß den Gen IV-Kriterien sollte verstärkte F&E-Anstrengungen rechtfertigen, um qualifizierte Brennelemente herzustellen und ihre Überlegenheit unter Betriebsbedingungen nachzuweisen.