Negativer Blasenkoeffizient führte zu positivem Interesse

Für das größte Sicherheitsproblem von Brutreaktoren mit Natrium wurde erst nach dem Reaktorunglück von Tschernobyl in den 1980er Jahren eine Lösung gefunden. Natrium absorbiert einige Neutronen, so dass Gasblasen im Natrium dazu führen können, dass im Reaktorkern mehr Neutronen für die Kettenreaktion zur Verfügung stehen. Die Reaktion wird also angeheizt. Falls sich das Natrium dabei bis zum Siedepunkt erhitzt hat, verstärkt sich der Effekt selbst. In Tschernobyl führte eine ähnliche Eigenschaft zum Unfall.

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Die Lösung besteht darin, den Reaktorkern so zu bauen, dass Gasblasen über dem Reaktorkern eingefangen werden. Dann helfen sie umgekehrt dabei, dass Neutronen den Reaktor besser verlassen können. Das kann den verstärkenden Effekt mehr als ausgleichen und ein negativer Blasenkoeffizient erreicht werden. Diese Entwicklung hat die Sicherheitsmargen stark vergrößert und nach den 1990er Jahren wieder zu einem verstärkten Interesse an dem Reaktortyp geführt, der wegen des positiven Blasenkoeffizienten als zu gefährlich galt.

Beim Experimentellen Brutreaktor gab es durch eine Fehlkonstruktion einen anderen selbstverstärkenden Effekt. Die Brennstäbe des Reaktors waren im Reaktorkern eingespannt und konnten sich bei Erhitzung nicht frei ausdehnen. Weil sie zur Reaktormitte hin stärker erhitzt werden, bogen sie sich dabei nach innen, was die Reaktionsbedingungen verbessert und so den Reaktor weiter anheizt. Normalerweise ist das Verhalten des Reaktors genau umgekehrt. Bei höheren Temperaturen dehnen sich die Brennstäbe aus und die Reaktion bricht zusammen.

Das fehlerhafte Verhalten wurde bei Tests beobachtet. Aber anstatt das Verhalten theoretisch durchzudenken und so das Problem zu finden, wurde eine Testreihe durchgeführt, um mehr Daten zu sammeln. Durch ein Missverständnis in der rein manuellen Bedienung wurde bei dieser Testreihe der Reaktor zu spät abgeschaltet und es kam zur Kernschmelze.

Geschmolzene Brennstäbe beenden Kernreaktion

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Dabei wurden radioaktive Edelgase freigesetzt und die Reaktorhalle evakuiert. Aber Iod-131 reagierte noch im Reaktor größtenteils zu Natriumiodid und blieb dort, genauso wie alle metallischen Bestandteile wie Strontium und Cäsium, die eine Legierung mit dem flüssigen Natrium eingingen. Bei der Untersuchung des Unfalls wurde schließlich festgestellt, dass die Kettenreaktion von allein zusammenbrach, als die Brennstäbe teilweise schmolzen und durch eindringendes Natrium aufquollen und dabei zerstört wurden.

Mit dem gleichen Ergebnis verliefen zwei weitere Unfälle mit geschmolzenen Brennstäben in natriumgekühlten Reaktoren: 1959 im Sodium Reactor Experiment und dem Fermi-1-Kraftwerk 1966. Das Gleiche galt für die Kernschmelze in einem bleigekühlten Reaktor an Bord des sowjetischen U-Boots K-27. Sie war für die Besatzung aber nicht erkennbar, weil das flüssige Blei die zerstörten Brennelemente weiterhin normal kühlte und die Geigerzähler nicht beachtet wurden. Es traten jedoch radioaktive Edelgase in das Innere des U-Boots aus. Neun Besatzungsmitglieder starben in der Folge durch zu hohe Strahlungsdosis.

Aktuell sind in Russland mit dem BN-600 und BN-800 zwei natriumgekühlte schnelle Brüter in Betrieb, die mit Plutonium aus dem Atomwaffenprogramm betrieben werden. Ein leistungsstärkerer und modernerer Nachfolger, der BN-1200, wurde auf frühestens 2035 verschoben.

Seit Februar ist auch in China ein solcher Reaktor mit 600 MW Leistung in Betrieb, der mit russischer Unterstützung gebaut wurde. Die indische Regierung hofft, 2022 einen schnellen Brüter mit 500 MW Leistung in Betrieb zu nehmen.

Die Sorge um die Sicherheit der Reaktortechnik hat in den vergangenen 70 Jahren zu großen Fortschritten der Technik geführt. Ob diese Technik auch verwendet wird, ist eine zweite Frage, wie nicht nur das Unglück von Fukushima gezeigt hat. Noch immer gibt es keine weltweit verbindlich durchgesetzten Sicherheitsstandards. Die Sicherheit ist einer der wichtigsten Gründe, weshalb es nie die den 1950er Jahren vorhergesagte Welt gab, in der Kernreaktoren den Energiebedarf der Welt decken sollten.

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 Neue Reaktoren sollen Plutonium zerstören
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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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