Kurzfassung

Das Paul Scherrer Institut PSI hat in seiner Forschungsanlage PANDA erstmals hochauflösende Messdaten zu passiven Kühlsystemen für kleine modulare Reaktoren erhoben. Diese Systeme nutzen physikalische Effekte wie Dichteunterschiede statt Pumpen oder Strom, um Wärme im Notfall abzuführen. Die Experimente wurden mit Partnern aus über zehn Ländern durchgeführt und die Ergebnisse in der Fachzeitschrift Nuclear Engineering and Design veröffentlicht. Die gewonnenen Daten schliessen eine kritische Lücke für die Validierung von Simulationen künftiger Reaktorgenerationen und bilden die Grundlage für eine internationale Benchmark-Initiative mit bereits 25 beteiligten Institutionen.

Personen

  • Yago Rivera Durán (Leiter Projektteam, PSI Center for Nuclear Engineering and Sciences)

Themen

  • Kernenergie und Reaktorsicherheit
  • Kleine modulare Reaktoren (SMR)
  • Passive Sicherheitssysteme
  • Experimentelle Forschung und Datenvalidierung
  • Internationale wissenschaftliche Kooperation

Clarus Lead

Während kleine modulare Reaktoren als Schlüsseltechnologie für die künftige Energieversorgung gelten, fehlten bislang verlässliche experimentelle Daten zur Funktionsweise ihrer passiven Sicherheitssysteme. Die PSI-Messungen adressieren diese Validierungslücke direkt und ermöglichen es Simulationsentwicklern erstmals, ihre Berechnungen gegen reale Labordaten abzugleichen – eine Voraussetzung für behördliche Genehmigungen. Die internationale Benchmark-Initiative signalisiert, dass die Kernenergiebranche diese Forschungsergebnisse als entscheidend für die Marktreife modularer Reaktoren einstuft.

Detaillierte Zusammenfassung

Das Experiment konzentrierte sich auf ein zentrales Sicherheitsszenario: Wenn bei einem Unfall Dampf aus dem Reaktorkern in die äussere Schutzhülle abgelassen wird, muss dieser Dampf gekühlt werden, um einen Druckanstieg zu vermeiden. Das PSI-Team testete einen geschlossenen Kühlkreislauf aus einem etwa sechs Meter hohen, senkrechten Rohr, durch das kaltes Wasser fliesst. Der austretende Dampf trifft auf die kalte Oberfläche, kondensiert dort und tropft als Wasser zurück. Die freiwerdende Wärme wird auf das innere Wasser übertragen; da warmes Wasser leichter ist, steigt es natürlich nach oben, gibt Wärme an ein Reservoir ab und fliesst gekühlt wieder hinab – ein selbstregelnder Kreislauf ohne externe Energiezufuhr.

Neu waren die hochdetaillierten Messdaten: Mit Hochgeschwindigkeitskameras dokumentierten die Forschenden erstmals, wie sich kondensierte Wassertröpfchen an der Rohroberfläche bilden. Sie wiesen nach, dass sich Gase im Sicherheitsbehälter räumlich trennen – Luft sammelt sich unten, Dampf oben – ein Effekt, der für die Kühleffizienz entscheidend ist. Durch Verfolgung winziger Partikel zeigten sie auch, dass die Gasströmung nahe dem Rohr sehr langsam ist und Kondensation dort primär durch Diffusion stattfindet, nicht durch grössere Strömungen. Diese lokalen Bedingungen beeinflussen die Kühlleistung erheblich.

Die PANDA-Anlage selbst ist eine weltweit einzigartige Infrastruktur: Sie erstreckt sich 25 Meter über fünf Stockwerke, enthält etwa 500 Kubikmeter Behältervolumen und 1.450 Sensoren. Eine 1,5-Megawatt-Heizung erzeugt Dampf bis 200 Grad Celsius und 10 bar Druck. An über 80 Stellen können Gasgemische entnommen und massenspektrometrisch analysiert werden. Diese Flexibilität ermöglicht die Nachbildung mehrerer Dutzend verschiedener SMR-Konzepte. Die jüngste Veröffentlichung startet eine internationale Benchmark-Initiative, an der bereits 25 Institutionen teilnehmen, um ihre Simulationsmethoden gegen die PANDA-Daten zu validieren. Das Folgeprojekt PANDA-2 wird bis 2030 laufen und sich auf komplexere Szenarien und den autonomen Langzeitbetrieb konzentrieren.

Kernaussagen

  • Passive Kühlsysteme für kleine modulare Reaktoren funktionieren zuverlässig ohne Pumpen oder externe Stromversorgung, basierend auf physikalischen Effekten wie Dichteunterschieden.
  • Hochauflösende experimentelle Messdaten vom PSI schliessen eine kritische Validierungslücke für Computersimulationen und behördliche Genehmigungsverfahren.
  • Die internationale Benchmark-Initiative mit 25 Institutionen signalisiert, dass diese Forschungsergebnisse als entscheidend für die Marktreife modularer Reaktoren angesehen werden.

Kritische Fragen

  1. Datenqualität und Skalierbarkeit: Inwiefern sind die Messdaten aus der PANDA-Laboranlage auf industrielle Kernkraftwerke in Echtgrösse übertragbar, insbesondere bei komplexeren Geometrien und höheren Drücken als im Experiment getestet?

  2. Langzeitverhalten und Materialkompatibilität: Die Experimente zeigen kurzfristige Kondensationsprozesse. Liefern die Daten auch Aussagen über Langzeitverhalten, Materialermüdung oder chemische Reaktionen zwischen Dampf, Wasser und Behältermaterialien unter realistischen Betriebsbedingungen?

  3. Unabhängigkeit der Forschung: Das PSI arbeitet mit Swissnuclear (Verband der Schweizer Kernkraftwerksbetreiber) zusammen. Wie wird sichergestellt, dass Forschungsergebnisse unabhängig von wirtschaftlichen Interessen der Betreiber publiziert und bewertet werden?

  4. Alternative Kühlkonzepte: Wurden in den Experimenten auch passive Systeme anderer Hersteller oder Konzepte getestet, oder konzentrieren sich die Messungen auf spezifische SMR-Designs, die bereits mit dem PSI kooperieren?

  5. Fehlerszenarien und Grenzen: Unter welchen Bedingungen (z. B. extreme Temperaturgradienten, Verschmutzung des Rohrs, Gasgemisch-Anomalien) könnte das passive Kühlsystem an seine Grenzen stossen, und wurden diese Grenzen experimentell untersucht?

  6. Regulatorische Akzeptanz: Welche behördlichen Stellen (z. B. ENSI in der Schweiz, internationale Regulatoren) haben bereits signalisiert, dass die PANDA-Daten für Genehmigungsverfahren ausreichend sind, oder sind weitere Experimente erforderlich?

Quellenverzeichnis

Primärquelle: [Passive Kühlsysteme für kleine modulare Reaktoren: PSI-Forschung] – https://www.news.admin.ch/de/newnsb/E8a18StpfCE2o1vZz3754

Wissenschaftliche Publikation: Rivera, Y. et al. (2026). «Experiments addressing Passive Containment Cooling Systems for Small Modular Reactors in the PANDA facility». Nuclear Engineering and Design, DOI: 10.1016/j.nucengdes.2026.114919

Ergänzende Quelle: Paul Scherrer Institut PSI – Medienmitteilung: https://www.psi.ch/de/news/medienmitteilungen/kuehlen-ohne-pumpen-neue-messdaten-fuer-modulare-reaktoren

Verifizierungsstatus: ✓ 07.05.2026

Dieser Text wurde mit Unterstützung eines KI-Modells erstellt.
Redaktionelle Verantwortung: clarus.news | Faktenprüfung: 07.05.2026