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Brutreaktoren - Referat
Schriftliche Ausarbeitung
Brutreaktoren
Gliederung
1. Was ist ein Brutreaktor
2. Aufbau
3. Entstehung
4. Plutonium 239
4.1 Zerfallsreihe von Uran zu Plutonium
4.2 Zitat zu Plutonium
5. Verbreitung von Brutreaktoren
6. Militärische Nutzung
7. Gefahren durch Reaktor
8. Schneller Brüter in Kalkar
9. Persönliches Fazit
10. Handout
11. Quellen
1. Was ist ein Brutreaktor
Ein Brutreaktor ist ein Kernreaktor, der zur Energiegewinnung und zur Erzeugung von weiterem spaltbarem Material dient. Ein Brutreaktor wandelt nicht spaltbares Uran-238 in spaltbares Plutonium-239 um. Der Reaktor ist ganz gezielt daraufhin ausgelegt , neuen Kernbrennstoff zu „erbrüten”, daher nennt man ihn den „Schnellen Brüter”.
Durch dieses „brüten“ stellen Brutreaktoren mehr Brennstoff her, als sie selbst in der gleichen Zeit verbrauchen können. Dieser Überschuss des erzeugten über den verbrauchten Brennstoff, also das "Brüten" im eigentlichen Sinne gelingt aber nur einem schnellen Brüter da er ohne Moderator arbeitet.
Nur bei der Spaltung durch ein schnelles Neutron ist die durchschnittliche Zahl neu freigesetzter Neutronen pro Spaltung für die Überproduktion hoch genug.
Wasser scheidet als Kühlmittel aus, es würde die schnellen Neutronen abbremsen und könnte die Wärme des kompakten Reaktors nicht schnell genug abführen. Schnelle Brüter werden daher mit flüssigem Natrium gekühlt, das durch die Neutronenstrahlung radioaktiv wird.
2. Aufbau
Der Reaktorkern besteht aus vielen senkrecht stehenden, mit z. B. Uran-Plutonium-Mischoxid gefüllten Edelstahlröhren (Brennstäben). Die Stäbe sind zu Brennelementen gebündelt und füllen insgesamt einen etwa zylindrischen Bereich von z. B. 3 m Höhe und 5 m Durchmesser aus. Die Steuerung der Kettenreaktion erfolgt durch Regelstäbe aus Bor-Stahl oder einem anderen Neutronen absorbierenden Material.
Der Reaktorkern ist aufgeteilt in eine innere Spalt- und eine äußere Brutzone. Er wird mit flüssigem Metall ( Natrium ) gekühlt, während bei den derzeit dominierenden Leichtwasserreaktoren Wasser zum Einsatz kommt.
3. Entstehung
Am 20. Dezember 1951 enstand in Arco, Idaho, USA, der erste Reaktor vom Typ Schneller Brüter, der Experimental Breeder Reactor I . Er war eeltweit der erste Reaktor, mit dem Strom aus Kernenergie erzeugt wurde.
4. Plutonium 239
In den meisten Reaktoren kann von den in der Natur vorkommenden Uranisotopen nur das Uran U 235 durch thermische Neutronen gespalten werden. Schnelle Brutreaktoren können das Isotop U 238 nutzen, indem es mit Hilfe der bei der Kernspaltung entstehenden schnellen Neutronen in das Plutonium-Isotop Pu 239 umgewandelt wird. Der Vorteil liegt darin, dass Uran zu 99,3 % aus dem nicht spaltbaren Isotop238U besteht, das Brutreaktoren nutzen können, allerdings nur zu 0,7 % aus dem spaltbaren Isotop 235U , das von den meisten Kernkraftwerken benutzt wird. Brutreaktor stellen daher aber mehr Brennstoff her als sie eigentlich verbrauchen können.
4.1 Zerfallsreihe von Uran zu Plutonium
238 U + 1 n à 239 U à 239 Np à 239 Pu
92 0 92 ß- 93 ß- 94
Das nicht spaltbare Uran-238 wird in spaltbares Plutonium-239 umgewandelt, indem es ein Neutron einfängt - es entsteht 239U, das durch zwei Beta-Zerfälle zu 239Pu zerfällt.
4.2 Zitat zu Plutonium
„Plutonium: Der giftigste Stoff der Welt
"Plutonium - sinnigerweise benannt nach Pluto, dem griechischen Gott des Totenreiches - ist der giftigste Stoff, den es gibt. Seine kurzreichende Alpha-Strahlung reißt gewisser massen tiefe Schneisen in jedes lebende Gewebe und zerstört es. Dabei kann es nur schwer oder gar nicht ausgeschieden werden, es setzt sich fest, reichert sich sogar an, die Strahlung ist bei einer Halbwertszeit von 24 000 Jahren faktisch dauerhaft vorhanden. Bereits wenige Millionstel Gramm (Mikrogramm) können sofort, sogar nur etliche Milliardstel Gramm (Nanogramm) langfristig tödlich wirken....."
Zitat: Frankfurter Rundschau
5. Verbreitung von Brutreaktoren
( Tabellarische Form)
Land Betrieb Kommentar
USA 1. und 2. 1946-52, 1951-64 Diente 6 Jahre als Neutronenquelle für Forschung, lieferte
die erste nuklear erzeugte, elektrische Energie
USA 4 1961-64, 1961-94, 1963-72, 1980 Schmelze aus Plutonium und Eisen als Spalt- und Brutstoff
mit Natrium als Kühlmittel; Untersuchung der
Wirtschaftlichkeit, Experimenteller Reaktor
Frankreich 3 1967-83, 1974-2010, 1986-96 Testreaktor, offizielle Abschaltung,
nach Zwischenfällen abgestellt
Kasachstan 1973-99 1. Brutreaktor der russischen Baureihe
Großbritan-nien 1974-94 Testreaktor
Deutschland 2 1977-91, 1991 Testreaktor, nicht in Betrieb genommener Reaktor
Japan 2 1978, 1994-95 Forschungsreaktor, abgestellt wegen
Natrium-Unfall 2010 wieder in Betrieb genommen
Russland 2 1980, in Bau seit 2006 Weltgrößter Brutreaktor seit Abschaltung in Frankreich
China 2 2010 Testreaktor, Neubau Fertigstellung
6. Militärische Nutzung
Mit dem Betrieb von Schnellen Brütern kommen große Mengen des hochgiftigen Plutoniums in Umlauf, das erbrütete Plutonium ist wegen seiner Reinheit atomwaffentauglich.
Zitat: Der Spiegel vom 11.7.2008
„Auch für Terroristen, die nach Material für eine Kernwaffe oder einer schmutzigen Bombe schielen, bietet der Einsatz von Brutreaktoren und Wiederaufbereitungsanlagen verlockende Aussichten: Das strahlende Material muss kreuz und quer durchs Land oder übers Meer transportiert werden.“
7. Gefahren durch den Reaktor
Das Kühlmittel Natrium bereitet große Sicherheitsprobleme, denn es wird stark radioaktiv. Natrium reagiert heftig mit Wasser : Es geht in Flammen auf! Luftfeuchtigkeit kann ausreichen, um einen Brand zu verursachen. In Brutreaktoren kam es mehrfach zu gefährlichen Natriumbränden.
Fällt die Temperatur im Reaktor zu stark ab, dann erstarrt das Natrium, wenn die "Notheizung" nicht funktioniert.
Zusätzlich ist die Gefährdung allen Lebens mit der weltweiten Verbreitung von Atomkraftwaffen durch den Bau von Atomkraftwerken, Urananreicherungsanlagen und dem Schwarzmarkt für Plutonium durch den weltweiten Bau von Brutreaktoren massiv erhöht.
Außerdem zeigt bei einem Störfall mit Kühlmittelverlust der Schnelle Brüter keine Selbststabilisierung, vielmehr steigt seine Leistung sogar an. Es bleibt erheblich weniger Zeit, um den Reaktor mittels Schnellabschaltung abzuschalten.
Wegen der hohen Plutoniumkonzentration kann es beim Brutreaktor zu einer begrenzten nuklearen Explosion (atombombenähnlich) kommen. Ob der Reaktordruckbehälter dem standhält, ist umstritten.
Der Super Gau tritt ein, wenn die Kühlung ausfällt und die Reaktorschnellabschaltungen versagen, die Folge daraus wäre: Leistungs- und Temperaturanstieg, Schmelzen der Brennelemente , es kann zur Bildung einer Masse nuklearen Explosionen mit evtl. Bersten des Reaktordruckbehälters und Freisetzung extrem großer Mengen Radioaktivität kommen.
Ausmaße eines solchen schweren Unfalls, der sich alle ca. 100000 Reaktorjahre ereignen kann, berechnet für den S. in Kalkar ergäbe:
1.400 Soforttote, 52000 bis 2,7 Million Folgetote; etwa eine Million Menschen müssen umgesiedelt werden, auf einer Fläche von 260 km mal 260 km ist Jahrhunderte lang keine Landwirtschaft mehr möglich, eine Fläche von 90 km mal 90 km muss oberflächlich abgetragen werden. Die Auswirkungen liegen um das 2 bis 5 Fache höher als beim Super-Gau eines LWR.
8. Schneller Brüter in Kalkar
Das Kernkraftwerk Kalker ( NRW ) wurde nie in Betrieb genommen, wegen Sicherheitstechnischer- und Politischer-Bedenken wurde das Projekt 1991 eingestellt. Durch gewaltige Kosten beim Bau und anschließender Bereithaltung für einen evtl. späteren Betrieb wurde es eine der Größten Investitionsruinen Deutschlands. Verkauft wurde das Kraftwerk vermutlich für günstige 2,5 Mio. Euro an einen niederländischen Investor, dieser gründete das Kernwasser Wunderland. Welcher heute noch ein beliebter Frezeitpark in Nordreihn-Westfalen darstellt.
9. Persönliches Fazit
Fortschrittlich oder Gefährlich?
Auf die Frage ob Brutreaktoren fortschrittlich oder gefährlich sind gibt es unserer Meinung nach keine wirkliche Antwort, sowohl Fortschritt und neuste Techniken sowie auch gefährliches Material und Entsorgungsprobleme werden in Brutreaktoren vereint.
10. Handout
Brutreaktoren
Was ist das?
Ein Kernreaktor, der zur Energiegewinnung und zur Erzeugung weiterem spaltbarem Material dient. Brutreaktoren stellen mehr Brennstoff her, als sie selbst in der gleichen Zeit verbrauchen.
Entstehung
20. Dezember 1951
Erster Reaktor vom Typ Schneller Brüter, der Experimental Breeder Reactor I,in Arco, Idaho, USA
Weltweit der erste Reaktor, mit dem Strom aus Kernenergie erzeugt wurde
Zerfallsreihe von Uran zu Plutonium
238 U + 1 n à 239 U à 239 Np à 239 Pu
92 0 92 ß- 93 ß- 94
Gefahren
Das Kühlmittel Natrium bereitet große Sicherheitsprobleme, denn es wird stark radioaktiv. In Brutreaktoren kam es mehrfach zu gefährlichen Natriumbränden. Super Gau tritt ein, wenn die Kühlung ausfällt und die Reaktorschnellabschaltungen versagen
, 1.400 Soforttote, 52000 bis 2,7 Million Folgetote; etwa eine Million Menschen müssen umgesiedelt werden.Auf einer Fläche von 260 km mal 260 km ist Jahrhunderte lang keine Landwirtschaft mehr möglich, eine Fläche von 90 km mal 90 km muss oberflächlich abgetragen werden
Persönliches Fazit
Für die Anfangsfrage, Brutreaktoren fortschrittlich oder gefährlich gibt es unserer Meinung nach keine wirkliche Antwort, sowohl fortschritt und neuste Techniken sowie auch gefährliches Material und Entsorgungsprobleme werden in Brutreaktoren vereint.
11. Quellen
http://de.wikipedia.org/wiki/Brutreaktor
http://www.kernfragen.de/kernfragen/technik/04-Reaktortypen/4-10-Zusammenfassung.php
http://www.wurdon.de/index.php?page=radioactive5#fbr
http://de.wikipedia.org/wiki/Kernkraftwerk_Kalkar
Kommentare zum Referat Brutreaktoren:
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