Was ist ein Kernbrüterreaktor?
Ein Brutreaktor ist eine Kernart, die speziell dafür ausgelegt ist, mehr spaltbares Material (Kernbrennstoff) zu erzeugen, als es verbraucht. Je nach Brutverhältnis eines Reaktors kann er mehr oder weniger neuen Brennstoff produzieren. Das Brutverhältnis gibt die Anzahl der neuen spaltbaren Atome an, die für jedes Spaltereignis erzeugt werden. Die theoretische Obergrenze für das Züchtungsverhältnis liegt bei 1,8, während die meisten Züchterreaktoren so ausgelegt sind, dass sie genau so viel spaltbares Material produzieren, wie sie verbrauchen. Es besteht die Hoffnung, dass die Brutreaktoren die derzeitige Generation konventioneller Reaktoren ersetzen, wenn die Fortschritte in der Kernenergie fortgesetzt werden.
Die meisten herkömmlichen Kernreaktoren erzeugen während des Betriebs zusätzlichen Brennstoff, wodurch die Brennstoffeffizienz erhöht wird. Im Zuge der Entwicklung der Nuklearindustrie wurden diese Verhältnisse immer weiter angehoben, was zu einer besseren Kraftstoffeinsparung führte. Es gibt immer noch technische Hürden bei der Entwicklung kostengünstiger Brutreaktoren, aber Züchter können eine Reihe von Vorteilen beanspruchen, die herkömmliche Reaktoren nicht bieten können. Das Größte ist, dass ein Brutreaktor nach einer anfänglichen Beladung mit angereichertem Uran oder Plutonium nur durch periodische Beladung mit nicht angereichertem (natürlichem) Uran oder (in einem anderen Typ von Brutreaktor) Thorium angetrieben werden kann. Thorium kommt in der Erdkruste etwa viermal häufiger vor als Uran, birgt ein sehr geringes Waffenrisiko und produziert nuklearen Abfall, dessen Intensität viel schneller auf den Hintergrund abfällt als der Abfall einer konventionellen Anlage.
Ein Problem bei Brutreaktoren ist, dass sie durch die Herstellung von bombenfähigem Kernbrennstoff wie Plutonium ein Atomwaffenrisiko erzeugen. Diesem Problem wird in einer Phase der nuklearen Vorverarbeitung begegnet, in der dem Plutonium andere Elemente wie Curium und Neptunium in winzigen Mengen zugesetzt werden. Diese Form der Verarbeitung hat keine Auswirkungen auf die Verwendung von Plutonium als Reaktorbrennstoff, macht es jedoch äußerst schwierig, das Material zur Erzeugung einer Atombombe zu verwenden, selbst wenn ein sehr ausgeklügeltes Design verwendet wird.
Es wurden zwei Arten von Brutreaktoren vorgeschlagen. Der erste, der Reaktor für schnelle Brüter, verwendet eine anfängliche Brennstoffbeschickung mit Plutonium und benötigt danach nur noch natürliches Uran zur Energiegewinnung. Einige Prototypen wurden von schnellen Züchtern gebaut, und Japan, China, Korea und Russland stellen Mittel für die weitere Entwicklung bereit. Die zweite Art von Brutreaktor ist ein thermischer Brutreaktor, der eine anfängliche Brennstoffbeschickung mit angereichertem Uran verwendet und danach nur noch Thorium verwendet. Thermische Brutreaktoren wurden bisher nur in kleinem Maßstab gebaut, wobei Indien die ersten Schritte in Richtung industrieller Entwicklung unternahm, die im Jahr 2006 begonnen hatten.