USA: Aufsichtsbehörde lässt störfalltoleranten Brennstoff von Westinghouse zu

Westinghouse gab am 14. März 2023 bekannt, dass es von der NRC die Genehmigung zum Einsatz seiner Advanced Doped Pellet Technology (Adopt)-Pellets in amerikanischen Druckwasserreaktoren erhalten hat. Dabei geht es um Brennelemente von Westinghouse, die aus störfalltolerantem Brennstoff (Accident Tolerant Fuel, ATF) in Form von dotierten Urandioxid-Pellets bestehen. Der Grundstoff Urandioxid (UO₂) wurde zur Herstellung der Pellets mit geringen Mengen an Chromoxid (Cr₂O₃) und Aluminiumoxid (Al₂O₃) versetzt. Hüllrohre aus chrombeschichteter Zirkoniumlegierung, die mit Adopt-Pellets bestückt sind, gehören zum EnCore-ATF-Programm von Westinghouse.

Mit Unterstützung des amerikanischen Department of Energy (DOE) habe Westinghouse die Unfalltoleranz herkömmlicher Urandioxid-Pellets zu fortgeschrittenen Pellets hin weiterentwickelt. Die Entwicklung und die Tests hätten zwei Jahrzehnte lang gedauert. «Die Zulassung folgt auf den erfolgreichen Nachweis gegenüber der NRC und dem Advisory Committee on Reactor Safeguards (ACRS), dass der Adopt-Brennstoff die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Druckwasserreaktoren deutlich verbessert», so Westinghouse. Das Unternehmen habe sich vertraglich verpflichtet, ab dem Jahr 2025 Adopt-Brennstoff für die Nachladung von drei Reaktorblöcken zu liefern.

Höher angereicherte Brennstoffpellets verbessern Wirtschaftlichkeit
Der Adopt-Brennstoff kann gemäss Westinghouse auch die «Wirtschaftlichkeit des Brennstoffkreislaufs verbessern und die Betriebszyklen verlängern». Dies ist bei (störfalltoleranten) Brennstoffen der Fall, deren Uran-235-Gehalt höher als die derzeit erlaubten 5% für kommerzielle Leistungsreaktoren ist und die somit einen höheren Abbrand erlauben. Die EnCore-Brennstäbe die 2023 in der Kernkraftwerkseinheit Vogtle-2 in Georgia zum Testen eingesetzt werden sollen, enthalten auf 6% angereicherten Brennstoff in Form von Haleu-Adopt-Pellets. Gemäss Westinghouse hat High-Assay Low-Enriched Uranium (Haleu), einen Uran-235-Gehalt zwischen 5 und 19,75%. Gemäss NRC prüfen Brennstoffhersteller Anreicherungsgrade von bis zu 10%.

Der Nutzen dotierter Brennstoffpellets
«Derzeit erforschen und testen Brennstoffanbieter Brennstoffpellets, denen während des Herstellungsprozesses andere Materialien, so genannte Dotierstoffe, beigemischt werden. Diese Dotierstoffe verändern die physikalischen Eigenschaften des entstehenden Brennstoffpellets», informiert NRC auf seiner Website zu dotierten Pellets. Gemäss NRC besitzen dotierte Pellets eine geringere Steifigkeit – wodurch sich das Risiko von Schäden am sie umschliessenden Hüllrohr verringert. Dotierte Pellets können zudem die bei der Kernspaltung entstehenden Gase besser direkt im Pelletmaterial einschliessen.

«Dotierte Pellets wurden bereits von der NRC für Siedewasserreaktoren für Brennstoffe von Global Nuclear Fuels – Americas und Framatome zugelassen», schreibt NRC und ergänzt, dass solche Brennstoffe bereits chargenweise eingesetzt würden. Ebenfalls seien von den Herstellern Westinghouse und Framatome bereits Vorläufer-Brennelemente (Lead Test Assemblies, LTA) mit dotierten Pellets in amerikanischen Druckwasserreaktoren getestet worden.