Types kernreactoren

Als aangegeven onder historie, worden kerncentrales ingedeeld in 4 generaties. Centrales die momenteel in aanbouw zijn, behoren tot de 3^e generatie. De eerste generatie waren prototypes uit de jaren vijftig en zestig, de tweede generatie commerciële centrales die tot het eind van de vorige eeuw werden gebouwd. De kerncentrale van Borssele is dus van de tweede generatie. De derde generatie is niet radicaal anders dan de 2^e, maar kent een aantal verbeteringen op het gebied van veiligheid, bedrijfszekerheid en kostprijs van de elektriciteitsopwekking. Aan de vierde generatie wordt wereldwijd veel onderzoek verricht. Hierbij gaat het om werkelijk nieuwe concepten waarbij de hele splijtstofcyclus wordt meegenomen (recycling van afval, effectiever gebruik van het uranium, enzovoort).

De AP1000 is de Amerikaanse evenknie van de EPR met een iets lager vermogen (1100 MWe). Het ontwerp is vooral een sterke vereenvoudiging van eerder Amerikaanse systemen (aanzienlijk minder kleppen, pompen, kabels, enz.) met verder uitgewerkte passieve veiligheidssystemen, zoals noodwarmtetoevoer en restwarmteafvoer.

Kokendwaterreactoren worden in Amerika door General Electric gebouwd. De Economic and Simplified Boiling Water Reactor (ESBWR - 1400 MWe) zal binnenkort gecertificeerd worden. Net als bij het AP1000 ontwerp zijn ook hier verregaande vereenvoudigingen doorgevoerd. Zo wordt de reactorkern gekoeld door natuurlijke circulatie, wat de aanwezigheid van koelmiddelpompen overbodig maakt. De Nederlandse nucleaire sector heeft veel bijgedragen aan dit ontwerp, omdat de experimentele reactor van Dodewaard model stond voor het ESBWR ontwerp.

Ook de Advanced Boiling Water Reactor (ABWR – 1350 MWe) wordt geproduceerd door General Electric. Dit ontwerp is reeds gecertificeerd in Japan. Er zijn er daar inmiddels 4 in bedrijf. In Taiwan zijn drie ABWR's in aanbouw.

Anders dan bij de lichtwaterreactoren, is het ontwerp van de heliumgekoelde kogelbed (Pebble Bed) reactoren veel vernieuwender. Men spreekt hierbij wel van de III⁺ generatie. De uranium splijtstof is hier niet in staven verpakt maar in kogels: bollen ter grootte van een tennisbal. Langs de bollen stroomt helium in plaats van water als koelmiddel. De reactor wordt bij hoge temperaturen bedreven (afhankelijk van het type tot zo’n 900 ^oC). Met het hete heliumgas worden direct de turbines aangedreven. Dit ontwerp geeft een hoger rendement dan de watergekoelde reactoren: circa 41% in plaats van 34%. Bovendien zijn deze reactoren inherent veilig. De kogels kunnen temperaturen tot 1600 ^oC verdragen.  

Met de gasgekoelde hoge temperatuur reactoren is de opmaat gezet naar de reactoren van de 4^e generatie, waar wereldwijd een gecoördineerd onderzoeksprogramma voor loopt, met inbreng van universiteiten, onderzoekinstituten en reactorbouwers.

De zeer hoge temperatuur reactor (VHTR, het vervolg op de Chinese en Zuid-Afrikaanse proefrectoren) is veelbelovend, en zal als eerste uitontwikkeld zijn. Het Amerikaans INL (Idaho National Laboratory) wil in 2015 een demonstratiereactor gekoppeld aan een waterstofproductiefabriek in bedrijf hebben. In Japan is de nucleaire waterstofproductie inmiddels op laboratoriumschaal gedemonstreerd.

Andere reactortypen van Generatie-IV hebben nog een veel langer ontwikkeltraject te gaan. Het uiteindelijke doel is te komen tot een park van ‘gespecialiseerde’ kerncentrales die gezamenlijk met een hoog rendement elektriciteit en warmte produceren, het plutonium, americium en andere afvalproducten recyclen en natuurlijk uranium volledig benutten.

Enkele jaren geleden zijn door een internationaal comité zes reactortypen geselecteerd voor verder onderzoek. Naast de VHTR is de SCWR (Super Critical Water Cooled Reactor) in ontwikkeling die een zeer hoog rendement voor elektriciteitsproductie moet geven. De reactor wordt gekoeld door water op zeer hoge druk bij een temperatuur van 550 °C. Ook wordt gewerkt aan de MSR - Molten Salt Reactor waarbij de reactorkern zelf circuleert,  op hoge temperatuur draait (700 °C) en daarmee een hoog opwekkingsrendement heeft.   

Voor de vernietiging, c.q. het hergebruik van kernafval uit andere kerncentrales worden drie types snelle reactoren ontworpen, die vooral verschillen in het type koelsysteem. De GFR (Gas-Cooled Fast Reactor) maakt gebruik van helium, de LFR (Lead-Cooled Fast Reactor) en de SFR (Sodium-Cooled Fast Reactor) van respectievelijk vloeibaar lood en natrium. Anders dan bij de huidige –thermische - reactoren worden de neutronen niet afgeremd (het woord snel verwijst naar de neutronensnelheid), waardoor ook uranium 238 tot splijtstof kan worden omgezet (het ‘kweken’), en het natuurlijk uranium tot honderd maal zoveel energie levert als op dit moment. Het uranium 238 dat Nederland heeft bewaard na terugwinning uit het kernafval van Borssele zou  al voldoende zijn voor 40 jaar volledige Nederlandse nucleaire elektriciteitsopwekking met dergelijke reactoren. Bij de gasgekoelde GFR is ondermeer nog veel onderzoek nodig naar de fabricagemethoden en stralingsbestendigheid van nieuwe typen splijtstof en naar de scheidingsmethoden om bestraalde splijtstof te scheiden in de diverse fracties. Ook is de passieve afvoer van vervalwarmte nog een technische uitdaging vanwege de geringe hoeveelheid constructiematerialen in de kern waardoor de warmtegeleiding naar de omgeving sterk vermindert. De natrium en lood gekoelde reactoren maken gebruik van conventionelere splijtstofstaven. Hoewel deze technologie in het verleden al is ontwikkeld in West-Europa, Rusland, Japan en de VS, vergt de volledige recycling van plutonium en hogere actiniden in deze reactoren nog veel onderzoek.