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Dual Fluid Reaktor Der Eigenschreibweise Dual Fluid Reaktor ist ein Kernreaktor Konzept mit dem Ziel die Vorteile des Fl

Dual-Fluid-Reaktor

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. Somit sollen die Nachhaltigkeits-, Sicherheits- und Wirtschaftlichkeitsziele der sogenannten „IV. Generation“ erreicht werden.

Konzept Bearbeiten

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 Aktinoidenmetall 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.

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 Bearbeiten

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“.

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.

Bisher wurde ein Patent auf das Funktionsprinzip des Reaktors erteilt, ein weiteres auf den Flüssigmetall-Brennstoff ist beantragt. Derzeit (Stand April 2023) 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. Die Entwicklungskosten für den Prototyp mit einer elektrischen Leistung von 300 MW sollen nach Angaben des Unternehmens bei ca. 6 Mrd. US$ liegen.

Im September 2023 verkündete das Unternehmen eine Einigung mit der Atomaufsicht Ruandas über den Bau und Betrieb eines Demonstrationsreaktors. 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.

Weblinks Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  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. X. Wang: Analysis and Evaluation of the Dual Fluid Reactor Concept. Dissertation von 2017
  3. DFR – The Dual Fluid Reactor. In: The perspective of molten salt reactors. 26. März 2014, abgerufen am 4. August 2019 (amerikanisches Englisch).
  4. Der Dual Fluid Reaktor (DFR) ist per Gerichtsbeschluss für die GreenTec Awards nominiert ! – Ruhrkultour. August 2013, abgerufen am 4. August 2019 (deutsch).
  5. 8. August 2013, archiviert vom Original am 8. August 2013; abgerufen am 4. August 2019.
  6. Rainer Klute: How To Stash A Nuclear Reactor Away. In: Rainers Blog. 20. Juni 2013, abgerufen am 4. August 2019 (englisch).
  7. 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.‌
  8. 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.‌
  9. Reinventing Nuclear: Wir erfinden die Kernkraft neu. White Paper der Dual Fluid Inc., 2022, S. 26. (PDF)
  10. Reinventing Nuclear: Wir erfinden die Kernkraft neu. White Paper der Dual Fluid Inc., 2022, S. 21. (PDF)
  11. "Rwanda Signs Deal To Build First Dual Fluid Demo Nuclear Reactor In The World", KT Press Rwanda, 12. September 2023, abgerufen 12. September 2023 [1]
  12. Atomenergie: Deutsche Physiker bauen Dual-Fluid-Kernreaktor in Ruanda - WELT. 12. September 2023, abgerufen am 12. September 2023.
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Der Dual Fluid Reaktor Eigenschreibweise Dual Fluid Reaktor ist ein Kernreaktor Konzept mit dem Ziel die Vorteile des Flussigsalzreaktors mit denen metallgekuhlter Reaktoren natriumgekuhlter Reaktor bleigekuhlter Reaktor zu kombinieren 1 Somit sollen die Nachhaltigkeits Sicherheits und Wirtschaftlichkeitsziele der sogenannten IV Generation erreicht werden Inhaltsverzeichnis 1 Konzept 2 Entwicklungsgeschichte 3 Weblinks 4 EinzelnachweiseKonzept Bearbeiten nbsp Kraftwerk Skizze DF300 mit modularem Reaktor 300 MWel nbsp Kraftwerk Skizze DF1500 1500 MWel Der konzipierte Reaktor soll einen flussigen Kern und Bleikuhlung haben Aktuell sieht das Unternehmen Dual Fluid flussiges Aktinoidenmetall als Brennstoff vor theoretisch sollen auch Chlorsalze moglich sein Er soll ein hartes Neutronenspektrum haben und fur 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 konnen Grossere Dual Fluid Modelle sollen uber eine integrierte Recyclinganlage verfugen die den Brennstoff permanent vor Ort und im laufenden Betrieb aufbereitet In beiden Fallen sollen nur Spaltprodukte ubrigbleiben die innerhalb von 300 Jahren auf eine Radiotoxizitat unterhalb der von Natururan abklingen ein geologisches Endlager nach den Massstaben des Standortauswahlgesetzes sei deutlich leichter zu errichten Das Unternehmen bewirbt das Konzept mit herausragenden Sicherheitseigenschaften niedrigen Kosten sowie der Fahigkeit Transuranabfall oder abgebrannten Brennstoff aus Leichtwasserreaktoren in kurzen Zeitraumen energetisch zu verwerten und per Transmutation in besser nutzbare oder ungefahrlichere Elemente umzuwandeln Wahrend des Betriebs soll die Sicherheit durch einen stark negativen Temperaturkoeffizienten gewahrleistet werden zudem konnte durch die hohe Warmeleitfahigkeit der flussigen Metalle die Nachzerfallswarme vollstandig passiv abgefuhrt werden dadurch soll das Konzept eine sehr hohe inharente Sicherheit aufweisen Als Brutreaktor soll der Dual Fluid Reaktor anders als herkommliche Leichtwasserreaktoren LWR nicht nur das mit einem Anteil von 0 7 am Natururan recht seltene Uran 235 verwerten sondern auch das weit haufigere Uran 238 Falls eine vollstandige Umwandlung des gesamten Urans in Transurane mit nachfolgender Spaltung gelingt konnte 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 konnen Damit wurden die Kernbrennstoffressourcen der Erde fur tausende von Jahren ausreichen Entwicklungsgeschichte BearbeitenDas Dual Fluid Konzept wurde zunachst am Institut fur Festkorper Kernphysik gemeinnutzige Gesellschaft zur Forderung der Forschung IFK mbH in Berlin entwickelt Im Februar 2021 grundeten einige der Mitwirkenden dort das kanadische Unternehmen Dual Fluid Energy Inc um die Technologie zur kommerziellen Reife zu fuhren Eine im Jahr 2017 abgeschlossene Dissertation an der Technischen Universitat Munchen kommt zum Fazit dass das Dual Fluid Reaktorkonzept generell realisierbar ist und grosses Potenzial hat 2 Das Reaktordesign gewann die offentliche Abstimmung fur den Galileo Wissenspreis bei den deutschen GreenTec Awards 2013 aber das Preisverleihungskomitee das die Preise vergibt anderte die Regeln um alle nuklearen Designs auszuschliessen bevor der Gewinner bekannt gegeben wurde Die Dual Fluid Teilnehmer haben daraufhin erfolgreich geklagt 3 4 5 6 Bisher wurde ein Patent auf das Funktionsprinzip des Reaktors erteilt 7 ein weiteres auf den Flussigmetall Brennstoff ist beantragt 8 Derzeit Stand April 2023 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 9 Die Entwicklungskosten fur den Prototyp mit einer elektrischen Leistung von 300 MW sollen nach Angaben des Unternehmens bei ca 6 Mrd US liegen 10 Im September 2023 verkundete das Unternehmen eine Einigung mit der Atomaufsicht Ruandas uber den Bau und Betrieb eines Demonstrationsreaktors 11 Der Demonstrator solle in zwei bis drei Jahren fertiggestellt sein und diene der Uberprufung von theoretischen Berechnungen und der Erforschung von Materialeigenschaften im Hinblick auf die Genehmigung eines grossen Leistungsreaktors 12 Weblinks BearbeitenWebauftritt von Dual Fluid Ist der DFR die Losung unserer Energieprobleme In Energy 2 0 Ausgabe 8 2013 S 16 VideosUpdate Atomkraft Dual Fluid Reaktor bietet saubere Energie der Zukunft Breaking Lab 2020 12 17 auf YouTube Der Dual Fluid Reaktor Ein sinnvolles Konzept energieinfo 2020 06 10 auf 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