Techniklexikon

Brutreaktor

schneller Brüter, ein Reaktortyp, der sowohl der Energieerzeugung durch Kernspaltung als auch der Umwandlung eines Teils des ²³⁸U in spaltbares ²³⁹Pu, dem sogenannten Brüten, dient. Der Kern des Brutreaktors besteht aus zwei Zonen, in deren innerer, die die Brennstäbe mit einer Mischung von UO₂ und PuO₂ enthält, die Kernspaltungen stattfinden, während in einem umgebenden Mantel aus UO₂, der Brutzone, ²³⁸U in ²³⁹Pu umgewandelt wird. Um ein Brutverhältnis grösser als eins zu erreichen, muss der Reaktor im Gegensatz zu den herkömmlichen Leichtwasserreaktoren mit schnellen Neutronen betrieben werden; daher dürfen sich im Reaktorkern keine Stoffe von niedriger Atommasse befinden; der Brutreaktor arbeitet auch ohne Moderator. Aus dem gleichen Grund, aber auch wegen der zu geringen Wärmeleitfähigkeit, wird als Kühlmittel kein Wasser, sondern flüssiges Natrium eingesetzt. Wegen des geringen Spaltquerschnitts der schnellen Neutronen muss der Spaltstoff hochangereichert sein.

Bei optimaler Konstruktion kann im Prinzip im schnellen Brüter mehr Spaltstoff erzeugt werden, als ursprünglich eingesetzt wurde; weitere Vorteile sind eine hohe Leistungsdichte und hohe Temperaturen. Dem stehen als Nachteil vor allem grosse technische Schwierigkeiten (Wärmeausdehnung, Regelung) und ein erhöhtes nukleares Gefahrenpotential gegenüber, das vor allem von dem geringeren Anteil an verzögerten Neutronen, der kurzen Lebensdauer der prompten Neutronen, dem hohem Spaltstoffinventar und der hohen Konzentration radioaktiver Spaltprodukte herrührt.

Das grösste Kernkraftwerk mit einem Brutreaktor ("Superphénix" in Creys-Malville/Frankreich) war von 1986 bis 1998 in Betrieb.

Brutreaktor: Schematischer Aufbau. 1) Brennelemente (Spaltzone); 2) Brennelemente (Brutzone); 3) Steuerstäbe; 4) Primärnatriumpumpe; 5) Primärnatrium für Primärnatriumkreislauf; 6) Reaktortank (rostfreier Stahl); 7) Sicherheitstank; 8) Reaktorkuppel; 9) Deckel; 9 a) Schutzgasatmosphäre (Argon); 10) Zwischenwärmetauscher (im Kraftwerk vier vorhanden); 11) Sekundärnatriumkreislauf; 12) Sekundärnatriumpumpe; 13) Dampferzeuger (im Kraftwerk vier vorhanden); 14) Frischdampf; 15) Vorwärmanlage; 16) Speisewasserpumpe; 17) Kondensator; 18) Flusswasser/Kühlwasser 19) Kühlwasserpumpe; 20) Hochdruckteil der Turbine; 21) Niederdruckteil der Turbine; 22) Generator; 23) Reaktorgebäude.