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. Vorgeschlagene Technologien sind:

Schnelle Brüter

Schnelle Brüter - erzeugen aus "nutzlosem" Uran238 spaltbares (und waffenfähiges) Plutonium239. Die politische Motivation solcher Reaktoren dürfte offensichtlich sein.

• Gas-Cooled Fast Reactor, GFR - schneller Brüter, "Kühlung" durch Inertgas (Helium), das im Kern extrem erhitzt wird. Dadurch hoher thermischer Wirkungsgrad aber auch nichttriviale Materialprobleme.
• Sodium-Cooled Fast Reactor, SFR/FHR/LFTR - Kühlung durch flüssiges Natrium (das keine Moderatoreigenschaften hat), komplex/teuer: dreifach gestaffelter Natrium/Natrium/Wasser-Kühlkreislauf, Korrosionsprobleme durch Auswaschen von Legierungsmetallen aus Stahlwänden durch flüssiges Natrium, derzeit die verbreiteteste Variante, z.B. auch Schneller Brüter in Kalkar
• Lead-Cooled Fast Reactor, LFR - Blei-Wismut-Schmelze als Kühlmittel(!) muss flüssig bleiben, Korrosionsprobleme durch Auswaschen von Legierungsmetallen aus Stahlwänden durch Schmelze, passiver (und dadurch ausfallsicherer) Primärkreislauf, positiver Voidkoeffizient (kann daher "durchgehen")

Thermische Brüter

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 Zyklus.

• Very-High-Temperature Reactor, VHTR - Gaskühlung (analog zum GFR), durch extrem hohe Temperaturen Materialprobleme, brennbarer Graphitmoderator, Kugelhaufen-Design in Praxis nicht beherrschbar z.B. THTR Hamm-Uentrop
• Molten Salt Reactor, MSR/MSFR - Natriumsalz als Kühlmittel+Brennelementträger, dadurch dieselben Korrosionsprobleme wie beim SFR/FHR/LTFR, brennbarer 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 einer Natrium-Flüssigschmelze umgebener Nuklearmüll in feuchtem Erdreich ist ein sicherheitstechnischer Alptraum.

AKWs ohne Brutreaktion

• Super-Critical Water-Cooled Reactor, SCWR - kein Brüter, durch Wasserdampfgas gekühlt, durch hohen Druck (>250bar) und hohe Dampftemperatur höherer Wirkungsgrad aber materialtechnisch problematisch, kontaminierte und damit kaum wartbare Turbine, teils positiver Voidkoeffizient (kann daher "durchgehen")

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, was vermutlich überwiegend aus politisch-militärischen Gründen so entschieden wurde.

Warum die Nuklearia sich auf die beiden Natrium(salz)-gekühlten Varianten versteift, ist mir nicht ganz klar. Mit den schnellen Brütern ändert sich am Waffen-/Missbrauchspotential, und dem weiterhin problematischen Atommüll im Vergleich zu konventionellen AKWs gar nichts.

Die thermischen Brüter auf Thorium-Zyklus versprechen Vorteile, vor allem größere vorhandene Brennstoffmengen und handhabbarere Spaltabfälle. Die derzeit gehypten Flüssigsalzreaktoren (thermische Brüter) sind allerdings zuletzt in den 60er Jahren betrieben und erforscht worden. Aktuell existiert keine funktionsfähige Thorium-basierte Brütertechnik.

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), was einen Wasser-Wärmetauscher kritisch macht und schon mehrfach zu Unfällen und Explosionen führte (u.a. in Monju und Kalkar)
• Durch Spaltungsprozesse wird aus Lithium Fluorwasserstoff (Flusssäure, H-F) erzeugt, was weitere Korrosion erzeugt.

An diesen Problemen wird seit über 60 Jahren ohne rechten Erfolg geforscht, doch die Nulkearia Diskussion:AG_Nuklearia#Zuk.C3.BCnftige_Reaktordesigns "will nichts von Problemen hören." (HubertusP). 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: Eine Beherrschbarkeit ist derzeit nicht absehbar.