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Dr. Leslie Dewan ist Chefin der Firma Transatomic Power in Boston, USA. Sie war letzte Woche in der Schweiz und hat ihren Reaktor, den „Atommüllvernichter“ vorgestellt. (Hier kann man einen Ausschnitt ihres Vortrags mit deutschen Untertiteln ansehen.) Das tönt gut – aber wie kann ein Reaktor den Abfall anderer Reaktoren nutzen? Tönt das nicht als ob man Schweine mit Kuhfladen mästen wollte?
Es mag so tönen, aber es ist nicht so. Zunächst: Was ist eigentlich „Atommüll“? (siehe auch hier)
In unseren Leichtwasser-Reaktoren ist Uranoxid der Nuklearbrennstoff. Etwa 5% des Urans ist spaltbar und kann Energie produzieren. Die Neutronen, welche bei der Spaltung von Uran entstehen, spalten weitere Uran-Atomkerne (Kettenreaktion!), aber einige werden vom nicht spaltbaren Uran eingefangen. Dabei verwandeln sie es in spaltbares Plutonium. Nach 2 bis 3 Jahren ist der Anteil von spaltbarem Material unter 2% gefallen und wegen den angesammelten Spaltprodukten kann die Kettenreaktion nicht mehr aufrecht erhalten werden.
Abgebrannte Brennstäbe bestehen aus 93% Uran, das nicht spaltbar ist, 2% spaltbarem Uran und Plutonium und 5% radioaktiven Spaltprodukten. Das nennen die Medien Atommüll.
Leslie Dewan sagt, dass der angesammelte Atommüll der Welt in ihrem Reaktor den Strombedarf der Menschheit für mehr als 70 Jahre decken könnte!
Der Reaktor von Transatomic hat keine Brennstäbe, das Uran ist in Form von Uranfluorid-Salz in flüssigem Lithiumfluorid gelöst. So können die störenden Spaltprodukte entfernt werden und die Kettenreaktion kann laufen, obwohl nur 2% spaltbares Material vorhanden ist.
Der Reaktor kann nicht schmelzen, weil er flüssig ist.
Bei herkömmlichen Reaktoren stehen Uranoxidstäbe im Wasser. Das Wasser ist nicht nur zum Kühlen da, es bremst auch die Neutronen so ab, dass sie von den spaltbaren Atomkernen leicht eingefangen werden können. Die Reaktortechniker sagen: das Wasser ist ein Moderator.
Der Transatomic-Reaktor ist gewissermassen umgekehrt aufgebaut.
Im Flüssigsalzreaktor sind diese Moderatoren in Stäben, welche im flüssigen Salz stehen. Sie bestehen hier nicht aus Wasser, sondern aus Zirkonhydrid, einer sehr wirkungsvollen Neutronenbremse. Zusätzlich kann auch das Lithium, ein Bestandteil des Trägersalzes, als Neutronenbremse wirken. Das ist ein weiterer Vorteil. Schliesslich können die störenden Spaltprodukte laufend aus der Schmelze entfernt und frisches Uran zugeführt werden.
In einem Teil des Reaktorkessels stehen keine Neutronenbremsen. Dort können schnelle Neutronen das nicht spaltbare Uran in spaltbares Plutonium umwandeln.
Im Lauf von Jahrzehnten kann so ständig spaltbares Material erzeugt und zur Energiegewinnung genutzt werden.
Das bis zu 650°C heisse Flüssigsalz zirkuliert in einem Kreislauf.
In diesem ist ein Wärmetauscher eingebaut. Dort überträgt das Salz die Wärmeenergie auf einen zweiten Salzkreislauf, der keine radioaktiven Stoffe enthält.
Der zweite, nicht radioaktive Salzkreislauf heizt über einen zweiten Wärmetauscher einen Dampfkreislauf, der eine Turbine antreibt.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Reaktoren, wo das Reaktorgefäss unter hohem Druck steht, ist der radioaktive Teil der Transatomic-Anlage unter Atmosphärendruck, kann also nicht bersten.
Nur der Dampfkreislauf steht unter Druck und der ist nicht radioaktiv.
Was passiert bei einem Ausfall der Turbine? Dann kann die Wärme nicht mehr abgeführt werden und das Salz überhitzt. Weil es sich dabei ausdehnt, wird die Kettenreaktion unterbrochen und es fällt nur noch die Wärme der zerfallenden Spaltprodukte an. Weil diese laufend aus der Salzschmelze entfernt werden, sind zu jedem Zeitpunkt nur wenige davon vorhanden und die Zerfallswärme kann ohne Aufwand, „passiv“, abgeführt werden – genau wie die Wärme einer heissen Tasse Kaffee. Die Sicherheit muss also nicht mit grossem Aufwand sichergestellt werden, sie ist ein Teil des Konzepts, sie ist inhärent.
Sollte sich das Salz extrem überhitzen, schmilzt ein Salzpfropfen in einem Ablaufrohr und die Schmelze fliesst in ein Gefäss ohne Moderator, wo sie abkühlt und erstarrt.
Das ist der GAU (Grösster anzunehmender Unfall) in einem Flüssigsalzreaktor: Die Salzschmelze erstarrt – das Gegenteil einer Kernschmelze!
Der Flüssigsalzreaktor von Transatomic wird elektrische Energie billiger produzieren als herkömmliche Reaktoren.
Das hat drei Gründe: Für den radioaktiven Teil der Anlage müssen keine teuren Hochdruck-Bauteile eingebaut werden, wegen der inhärenten Sicherheit sind keine aufwändigen Sicherheitseinrichtungen nötig und der Brennstoff ist gratis.
Noch haben die Ingenieure viel zu tun: Welche Legierungen widerstehen dem korrosiven Fluoridsalz bei 650° und starker Bestrahlung am besten? Wie entfernt man die Spaltprodukte am effizientesten aus der Salzschmelze? Wie verpackt man das Zirkonhydrid so, dass es nicht mit dem Salz in Berührung kommt? Wird das nicht spaltbare Uran effizient genug in spaltbares Plutonium umgewandelt? Das sind einige der Fragen, auf die Antworten gefunden werden müssen, bevor der geniale Wurf von Transatomic Power wirklich „fliegt“.
Leslie Dewan hofft, dass bis 2020 genügend Klarheit herrscht, dass ein kleiner Prototyp gebaut werden kann.
Vielleicht sind andere schneller: Allein in den USA gibt es 46 Projekte für neuartge Reaktoren. Zusammen haben sie 1,3 Milliarden Dollar privates Kapital angezogen!