Was ist die Zukunft der Kernkraftwerke?
Welche Bauarten gibt es schon und welche sind in Planung?
Vorstellen will ich hier den BN-800 Beloyarsk
die Kernreaktion wird mit schnellen Neutronen initiiert, das Kühlmittel ist Natrium und die Brennelemente sind hauptsächlich Plutonium 239 und Uran 238 getrennt als Pellets (MOX: Plutoniumoxid + Uranoxid). Vorteile von Natrium: hohe Wärmekapazität, hoher Siedepunkt, geringe Korrosion.
Herkömmliche Leichtwasserreaktoren haben Wasser als Kühlmittel und das Wasser bremst gleichzeitig die Neutronen ab, die als thermische Neutronen bezeichnet werden. Brennstoff hier Uran 235 und Uran 238.
In der Natur kommt Uran im Verhältnis 99,3% U238 : 0,7% U235 vor. Für den Betrieb in einem herkömmlichen Leichtwasserreaktor wird aber 3% U235 benötigt, muss also angereichert werden. So gut wie nur U235 kann in einem LWR gespalten werden, ein geringer Anteil vom U238 fängt jedoch auch ein Neutron ein und wird über U239 --> Neptunium 239 --> zu Plutonium 239, was Teil der abgebrannten Brennstäbe ist. Eine genauere Auflistung der Bestandteile
https://www.spektrum.de/lexikon/phys...ennelemente/44
Im BN-800 ist dieser Vorgang, U238 zu Pu239 umzuwandeln, sprich das Erbrüten von Plutonium, Teil des Konzepts mit schnellen Neutronen. Ein weiterer Teil ist, dass das so erzeugte Plutonium wieder gespalten wird, was auch nur mit schnellen Neutronen geht. Um die Kettenreaktion in Gang zu bringen, muss vorher allerdings schon Plutonium in den Pellets sein. Und hier schliesst sich ein Kreis: Das Uran und Plutonium der abgebrannten Brennstäbe (in denen aber noch 100 mal mehr Energie steckt als bisher von den LWR umgewandelt wurde) kann von den Spaltprodukten getrennt werden und zu MOX Pellets verarbeitet werden.
Der Reaktor kann als Brüter laufen, so dass mehr Plutonium erzeugt als verbraucht wird, z.B. für die Herstellung von MOX für andere KKW, oder als Brenner, wo mehr Plutonium verbraucht als erzeugt wird, z.B. zu Abrüstungszwecken, was auch schon gemacht wurde.
Vorläufiges Resultat ist eine massive Verringerung der Radioaktivität und der Halbwertszeiten von quasi unbegrenzt auf nicht mal 100 Jahre. Ein Blick auf Seite 7
https://www.physics.gla.ac.uk/~ianm/...ste_Transm.pdf
und das ist das Faszinierende, wobei das Prinzip schon länger bekannt ist, das Problem war die technische Umsetzung
Somit ist der angestrebte Closed Nuclear Fuel Cycle ein ganzes Stück näher. Und vielleicht kann das noch verbessert werden.
Links
Schneller Reaktor BN-800 wird erstmals angefahren
https://nuklearia.de/2013/12/30/schn...ls-angefahren/
Vorstellung, Datenblatt (S. 11), Sicherheitsmechanismen (S. 12)
https://nuklearia.de/wp-content/uplo...BN-800_NPP.pdf
Weitere Optimierung des Closed Nuclear Fuel Cycle
Russland: experimentelle Brennelemente mit Anteilen an radioaktiven Abfällen hergestellt
https://www.nuklearforum.ch/de/news/...n-hergestellt/
Strom aus Atommüll: Russischer Reaktor BN-800 ist ein Ansatz zur Lösung des Atommüll-Problems
https://www.trendsderzukunft.de/stro...uell-problems/
Präsentation des BN-800
Closed Nuclear Fuel Cycle