Benutzer:Votan/Neue Atomreaktoren

Meine Motivation

Die AG Nuklearia schwärmt für eine Renaissance der Atomenergie (im Wesentlichen ein Auszug des entsprechenden Wikipedia-Artikels) - und hat im Design (und auch Namen) der Piratenpartei einen entsprechenden Flyer veröffentlicht.

Leider scheint dort eine kritische Auseinandersetzung mit dem Thema unerwünscht zu sein, Ergänzungen am Wiki werden einfach gelöscht.

Immerhin eine Aussage des Flyers kann man voll unterstützen: "MOX-Brennelemente sind kompliziert, unwirtschaftlich, ineffektiv"

Der Rest ist leider eine unreflektierte, ziemlich einseitige Schwärmerei für unerprobte, teils nichtexistente Technologie.

Genug der Meinung, ab jetzt Fakten:

Next Generation (Gen-4) Atomreaktoren

Laut Generation IV International Forum könnten die Energie- und Entsorgungsprobleme durch "neue" Reaktortypen und Brutreaktoren gelöst werden. Die meist vorgeschlagenen Brutreatoren würden die Menge verfügbaren Brennmaterials deutlich vergrößern. Es existieren derzeit zwei Typen an Brutreatoren:

• Schnelle Brüter - erzeugen aus "nutzlosem" Uran238 spaltbares (und waffenfähiges) Plutonium239. Die politische Motivation solcher Reaktoren dürfte offensichtlich sein.
• Thermische Brüter - basieren auf dem Thorium/Uran233-Kreislauf mit deutlich kürzerer Halbwertszeit der Spaltprodukte (Jahrzehnte statt Jahrzehntausende), was eine Endlagerung deutlich vereinfacht. Das in Raumsonden genutzte, nicht spaltbare Plutonium238 ist ebenfalls ein Abfallprodukt dieses Zyklusses.

Als Technologien werden vorgeschlagen

• Super-Critical Water-Cooled Reactor, SCWR - kein Brüter, hoher Druck (>250bar), kontaminierte und damit kaum wartbare Turbine, teils positiver Voidkoeffizient (kann daher "durchgehen")
• Schnelle Brüter - Uran235+238/Plutonium239
  • Gas-Cooled Fast Reactor, GFR - schneller Brüter, sehr heiß, Materialprobleme
  • Sodium-Cooled Fast Reactor, SFR/FHR/LFTR - Kühlung durch flüssiges Natrium, komplex/teuer, derzeit die verbreiteteste Variante, z.B. Schneller Brüter in Kalkar
  • Lead-Cooled Fast Reactor, LFR - Blei-Wismut-Schmelze muss flüssig bleiben, Korrosionsprobleme in Schmelze, passiver Primärkreislauf, positiver Voidkoeffizient (kann daher "durchgehen")
• Thermische Brüter - Thorium/Uran233
  • Very-High-Temperature Reactor, VHTR - heiß, brennbarer Graphitmoderator, Materialprobleme, z.B. THTR Hamm-Uentrop
  • Molten Salt Reactor, MSR/MSFR - Natriumsalz als Kühlmittel+Brennelementträger, Graphitmoderator, CoolPlug als Passiv-Notabschaltung, kaum erforscht/viel unbekannt

Zusätzlich ist in der Diskussion der u.a. von Bill Gates in einem TED-Talk vorgestellte Laufwellenreaktor, der ein komplexer Sonderfall des natriumgekühlten Brüters ist, besser erklärt in der englischen Wikipedia. Die idealisierte Darstellung, man bräuche nur das Ding in die Erde buddeln und Energie abziehen funktioniert so nicht - der Management-Aufwand zum Beibehalten der "Welle" (insbesondere bei der "standing wave"-Konfiguration ist deutlich nichttrivial. Zudem existiert hier bisher nur eine Simulation. Und dann wird die Idee, den Reaktor nach Verbrauch der Brennelemente einfach im Erdboden zu lassen, selbst bei glühenden Befürwortern der Thorium-Reaktoren kritisch gesehen - vorsichtig formuliert. Von Natrium-Flüssigschmelze umgebener Nuklearmüll in feuchtem Erdreich ist ein sicherheitstechnischer Alptraum.

Analyse

Seit 1946 sind erst rund 20 Brutreaktoren gebaut und betrieben worden - zumeist Testreaktoren. Aktuell sind noch 4 davon prinzipiell in Betrieb, wenn sie nicht gerade auf Grund von (meist Material-) Problemen abgeschaltet sind.

Bei fast allen je gebauten Brutreaktoren handelt es sich um schnelle Brüter mit Plutonium-Kreislauf, der nur noch in Staaten mit Atomwaffen politisch gewollt ist

Die derzeit gehypten Flüssigsalzreaktoren (thermische Brüter) sind zuletzt in den 60er Jahren betrieben und erforscht worden.

Bis zur Nutzbarkeit gibt es noch einige Probleme zu lösen

• hohe Temperaturen => Materialprobleme
• geschmolzene Natriumsalze => aggressiv, lösen Metalle aus Stahllegierungen, Materialprobleme
• Kühlmittel Alkalimetalle und -salze => hochreaktiv bei Kontakt mit Wasser (und sei es auch Luftfeuchtigkeit)
• Durch Spaltungsprozesse wird aus Lithium Fluorwasserstoff (Flusssäure, H-F) erzeugt, was weitere Korrosion erzeugt.

Das "Generation IV International Forum" schlägt als Lösung "innovative materials" vor, derzeit Unobtanium.

Aktuell wird in China wieder angefangen, Forschungsbrüter aufzubauen. Die Technik soll "in 30 Jahren" nutzbar sein. Ähnliches verspricht die Kernfusion auch schon seit ebensoviel Jahren...

Kurz: Aktuell existiert keine funktionsfähige Thorium-basierte Brütertechnik. Eine Beherrschbarkeit ist derzeit nicht absehbar.