Untersuchung zur Wirtschaftlichkeit von Thermionikbrennelementen in Hochtemperaturreaktoren

Abstract

Im Zusammenhang mit der Entwicklung von Kernreaktoren für Raumfahrzwecke, die mit Incore-Brennelementen ausgerüstet werden sollen, ist in dieser Arbeit die Frage untersucht worden, ob sich diese Elemente nicht auch zur wirtschaftlichen Stromerzeugung einsetzen lassen, da sie den Wirkungsgrad der Gesamtanlage erhöhen. Bei der Durchrechnung eines Hochtemperaturreaktors für 600 MW(e) zeigt sich, daß das zu fordernde thermische Neutronenspektrum, bei dem die Strahlenschädigungen der Elemente möglichst klein gehalten werden können, eine zu große parasitäre Absorption in den Strukturmaterialien Wolfram und Niob zur Folge hat. Um den Reaktor kritisch zu bekommen, ist ein zu hoher Spaltstoffeinsatz notwendig. Die Fabrikationskosten der Thermionikbrennelemente erhöhen die Brennstoffzykluskosten ebenfalls in großem Maße. Selbst bei einem nicht zu realisierenden Brennelementepreis von 10 DM pro Element betragen die Brennstoffzykluskosten bei einem Lastfaktor von 0,8 noch ca. 2,7 DPfg/kWh.

Nuclear reactors for space research purposes should be equipped with incore fuel elements. In that connection the question was studied if incore fuel elements might also be applied for economic electricity generation, because they lead to increase the efficiency rate of the total power plant. The computation of a high-temperature reactor cf 600 MW(e) showed that for the wanted thermal neutron spectrum at which radiation damage of fuel elements can be kept possibly low, the parasitic absorption in the structure materials tungsten and niobium will be too high. In order to achieve reactor criticality, a high fission inventory is required. Also, the fabrication cost of thermionic fuel elements will considerably increase the fuel cycle cost. Even under the assumption of a fuel element price of 10 DM per element which actually never can be realized, the fuel cycle cost would then amount to still 2.7 DPfg/kWh with a load factor of 0.8.