Strom aus Atommüll: Russischer Reaktor BN-800 ist ein Ansatz zur Lösung des Atommüll-Problems

Die Entsorgung von Atommüll ist und bleibt ein Problem. Die Endlagerung von Abfallprodukten aus der Kernspaltung in Atomreaktoren ist eine der größeren Herausforderungen der Atomenergie. Ein Lösungsansatz könnten sogenannte „schnelle Reaktoren“ sein, die in der Lage sind, neben Uran auch Plutonium und andere Transurane als Brennstoff zu nutzen. Diese fallen beim Betrieb normaler Atomreaktoren an und enthalten noch einen Großteil der ursprünglich im Kernbrennstoff enthaltenen Energie. Mit einem Reaktor vom Typ BN-800 läuft im Block 4 des russischen Kernkraftwerks Beloyarsk ein schneller Reaktor im kommerziellen Leistungsbetrieb.

Schnelle Neutronen

Schnelle Reaktoren sind Russlands Ansatz, über die Dauer der nächsten Jahrzehnte die Atommüll-Problematik schrittweise zu lösen. Mit dem BN-800-Reaktor geht das Land einen wichtigen Schritt in Richtung Atommüllrecycling – es handelt sich um den leistungsstärksten schnellen Reaktor, der in einer industriellen Großanlage im kommerziellen Leistungsbetrieb arbeitet. Der Reaktor soll 800 Megawatt in das Stromnetz einspeisen.

Der Betrieb des BN-800 soll Erfahrungen für seinen Nachfolger liefern. Der BN-1200 soll eine Leistungssteigerung von 50 Prozent erreichen und dabei preiswerter sein als der BN-800.

Die Bezeichnung „schneller Reaktor“ werden für Reaktoren wie den BN-800 verwendet, weil sie mit schnellen, energiereichen Neutronen arbeitet. Als Brennstoff kommt dabei im Gegensatz zu gewöhnlichen Reaktoren kein angereichteres Uran zum Einsatz, sondern ein Plutonium-Uran-Mischoxid (MOX). Das Plutonium, das im BN-800-Reaktor in Beloyarsk zum Einsatz kommt, stammt momentan aus ehemaligen sowjetischen Atomwaffen.

In gewöhnlichen, thermischen Leichtwasserreaktoren, die Plutonium als Brennstoff verwenden, werden die bei der Kernspaltung entstehenden Neutronen durch das Kühlwasser abgebremst, das auch als Moderator dient. Dadurch wird nur ein Teil der Plutonium-239-Kerne gespalten. Der Rest wird in Isotope wie Plutonium-240 oder Plutonium-242 umgewandelt. Die Folge ist, dass das Plutonium irgendwann nicht mehr in thermischen Reaktoren eingesetzt werden kann.

In schnellen Reaktoren entstehen nicht nur weniger Isotope, sondern die schnellen Neutronen sind auch in der Lage, die entstehenden Isotope zu zerlegen. Es kommt daher zu einer nahezu vollständigen Verwendung des Plutoniums.

Schnelle Reaktoren als Zukunft der Kernenergie

BN-800 weist neben seiner Fähigkeit, anfallenden Atommüll als Brennstoff zu verwenden, auch noch andere Vorteile gegenüber herkömmlichen Reaktoren auf. Der schnelle Reaktor arbeitet effizienter und ist sicherer als normale Reaktoren. Als Kühlmittel kommt kein Wasser zum Einsatz, sondern flüssiges Natrium. Das System erlaubt es, einen Kühlmittelverluststörfall einfach zu beherrschen. Derartige Störungen sind durch den Reaktoraufbau auch relativ unwahrscheinlich.

Durch eine Veränderung der Kernkonfiguration wäre es auch möglich, den BN-800 als „schnellen Brüter“ laufen zu lassen. Dabei „brütet“ der Reaktor Uran-238 zu Plutonium-239, das wiederum als Brennmaterial in anderen Reaktoren verwendet werden kann. Der Prozess des Brütens geschieht in jedem Kernreaktor, aber der BN-800 kann mehr Plutonium brüten als er verbraucht.

Das Kraftwerkstechnikfachmagazins „POWER Magazine“ hat der Anlage in Russland kürzlich die Auszeichnung „Top Plant“ verliehen.

Nicht nur in Russland wird an schnellen Reaktoren gearbeitet. Auch in Indien und China wird in entsprechenden Projekten geforscht, und auch Frankreich möchte einen schnellen Reaktor bauen. Schnelle Reaktoren werden als Zukunft der Kernenergie gehandelt.

Dieser Artikel entstand in Kooperation mit Dominic Wipplinger und Rainer Klute.