Neue Reaktoren sollen Plutonium zerstören

Schon die Auswertung des ersten Testlaufs ergab, dass insgesamt etwas mehr als ein Prozent mehr spaltbares Material in den Mänteln erbrütet als verbraucht wurde. In größeren Reaktoren, wie dem Nachfolger EBR-II, wurden später Brutquoten deutlich über 20 Prozent realisiert. Moderne Reaktorkonzepte der Bauart sollen aber hauptsächlich die Erzeugung von Plutonium im Betrieb vermeiden sowie Plutonium aus Atombomben und anderen Reaktoren spalten und werden entsprechend entworfen.

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Der Experimentelle Brutreaktor war nicht der erste Kernreaktor, der mit schnellen Neutronen funktionierte. Der erste wurde 1946 unter dem Namen "Clementine" gebaut - ein Wortspiel, das auf das Lied "My Darling Clementine" zurückgeht, in dem es um einen "49er" geht, einen Glücksritter im kalifornischen Goldrausch von 1849. Im Zweiten Weltkrieg war 49 zudem der Code für Element 94, Plutonium. Außerdem wurde der Clementine-Reaktor mit Quecksilber gekühlt, aus dem durch den Neutronenbeschuss kleine Mengen radioaktives Gold entstanden.

Mit Clementine wurde praktisch demonstriert, dass Kettenreaktionen auch ohne Moderator kontrollierbar sind, mit Hilfe der bereits bekannten verzögerten Neutronen, die erst kurze Zeit nach der Kernspaltung freigesetzt werden. Quecksilber erwies sich aber wegen schlechter Wärmeleitung und zu hoher Neutronenabsorption als zu schlechtes Kühlmittel für den Reaktor.

Der Einsatz des giftigen Flüssigmetalls lag damals näher als heute. Das letzte von vier Kohlekraftwerken mit Quecksilberdampfturbinen war noch in Betrieb und wurde erst 1950 abgeschaltet.

Ohne Luft explodiert Natrium nicht

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Der Nachteil der dann benutzten Natrium-Kalium-Mischung war, dass sie sich in der Luft spontan entzündet und durch Wasserstoffentstehung auch Explosionen verursachen kann. Gleichzeitig sollte damit Wasserdampf in einem Wärmetauscher erzeugt werden. Weil sich im Wärmetauscher keine Luft befindet, kommt es dort auch bei Lecks nicht zu unkontrollierten Wasserstoffexplosionen, selbst wenn beide in Kontakt kommen. Das in heutigen Reaktoren übliche reine Natrium ist wesentlich weniger anfällig als Natrium-Kalium-Mischungen.

Dennoch darf im Fall eines Lecks im Wärmetauscher kein Natrium aus dem Reaktorgebäude austreten, denn Spuren davon werden im Reaktor zu radioaktivem Natrium-24, mit einer Halbwertszeit von 15 Stunden. Deshalb wird zunächst mit einem ersten Wärmetauscher Natrium außerhalb des Reaktors mit Natrium vom Reaktor aufgeheizt, das nicht radioaktiv ist und dann zur Dampferzeugung geht.

In modernen Konstruktionen befindet sich der erste Wärmetauscher aus Sicherheitsgründen im gleichen Behälter wie der Reaktor selbst. Der Reaktorbehälter befindet sich dort auch am tiefsten Punkt des Gebäudes, so dass kein Leck in einer Leitung zum Auslaufen von Natrium aus dem Behälter und dem Verlust der Kühlung führen kann.

Anders als Wasser muss Natrium nicht unter hohem Druck stehen, um bei hohen Temperaturen flüssig zu sein. Durch Lecks verdampft deshalb nicht das Kühlmittel im gesamten Reaktorkreislauf und die hohen Temperaturen des flüssigen Natriums ermöglichen auch eine passive Kühlung des Reaktors ohne aktive Pumpen.

Natrium macht eingebauten Brandschutz nötig

In modernen Sicherheitskonzepten fließt auslaufendes Natrium am Boden, der Schwerkraft folgend, in feuerfeste Gruben, wo brennendem Natrium der Sauerstoff entzogen wird. Dafür sorgen Klappen über der Grube, die im Normalfall über Hebelwirkung mit Gegengewichten geschlossen gehalten werden, aber durch das Gewicht des Natriums kurzzeitig geöffnet werden. Keine solchen Sicherheitsmaßnahmen existierten etwa beim Unfall im japanischen Reaktor Monju, als 1995 durch ein Leck mehrere hundert Kilogramm Natrium austraten.

Wegen solcher seit langem bestehenden Sicherheitsprobleme wurden bislang nur wenige natriumgekühlte Reaktoren gebaut und überambitionierte Projekte wie der französische 1.600-MW-Reaktor Superphoenix aufgegeben. Die ausschlaggebenden sicherheitskritischen Probleme konnten aber durch Maßnahmen in der Konstruktion gelöst werden. Das hat in den vergangenen Jahrzehnten wieder zu einem wachsenden Interesse an der Technik geführt.

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 Technikgeschichte: Vor 70 Jahren gab es erstmals Strom aus KernkraftNegativer Blasenkoeffizient führte zu positivem Interesse 
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m9898 04. Jan 2022 / Themenstart

Wer die Elemente nicht nur aus dem Buch, sondern auch aus der Realität kennt weiß, dass...

Profi_in_allem 26. Dez 2021 / Themenstart

Du irrst dich. Fusionskraft ist nicht kostenlos und auch nicht ohne Abfall.

oldmcdonald 21. Dez 2021 / Themenstart

Wow! Der Artikel ließt sich, wie eine irre Geschichte, in der die Menschheit von einer...

sherly 21. Dez 2021 / Themenstart

Die zweidimensionalen Elektromagnetismusdarstellungen haben aber sehr viel...

sherly 21. Dez 2021 / Themenstart

Immer interessant was auch Frauen schon vor vielen Jahrzenten (für kaum/keinen Lohn...

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