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Die Brutreaktoren wurden zur besseren Ausnützung der vorhandenen Uranreserven entwickelt. Die schnellen Brutreaktoren dienen der Stromerzeugung und der Erzeugung von Kernbrennstoff. Sie erzeugen mehr Spaltstoff als sie bei der Kettenreaktion verbrauchen. Schnelle Brüter besitzen keinen Moderator, somit werden die Kernspaltungen durch schnelle Neutronen ausgelöst (daher der Name Brüter).
In Brutreaktoren wird natürliches Uran mit einem Moderator kombiniert. Dadurch wird das Uran 238 zu spaltbarem Plutonium 239. Will man alles Uran über Plutonium verbrennen hat man das Problem, dass die Kettenreaktion am besten mit langsamen Neutronen funktioniert.
Das Plutonium muss aber durch Neutronen mittlerer Schnelligkeit erzeugt werden. Der Teil in dem das Plutonium gespalten wird, nennt man Brutzone. Wasser ist als Kühlmittel nicht geeignet, da die Temperatur zu niedrig ist. Deswegen wird als Kühlmittel flüssiges Natrium genommen. Bei 500 ° C wird in einem Dampferzeuger wird Wasser zum Sieden gebracht, dessen Dampf dann die Turbinen betreiben kann.
Der erste Brutreaktor wurde im Jahr 1946 gebaut. In Schevtschenko am Kaspischen Meer steht dieser Reaktor, der Quecksilber als Kühlmittel benutzt. Der Reaktor hat eine elektrische Leistung von 600 Megawatt.
In einem Forschungszentrum in Karlsruhe hat man einen 20 Megawatt Versuchsreaktor gebaut um die Probleme der Sicherheit zu studieren, damit die folgenden Reaktoren sicher genug sind.
Als Kühlmittel wird flüssiges Natrium verwendet, welches von unten nach oben zwischen den Brennstäben durchströmt und die entstehende Wärme abführt. Natrium ist ein Metall mit einem Schmelzpunkt von etwa 100°C und einer Siedetemperatur von etwa 900°C. In flüssigem Zustand hat Natrium sehr gute Wärmeübertragungseigenschaften und zudem ist zur Überwindung des inneren Widerstandes nur ein kleiner Druck von wenigen bar notwendig; folglich ist der Reaktorkühlkreislauf fast drucklos. Natrium ist chemisch sehr gut mit Stahl verträglich. Natrium weist eine kleine Neutronenabsorption und schlechte Moderationseigenschaften auf. Die schnellen Neutronen werden also im Natrium fast nicht abgebremst und nur wenig absorbiert.
Natrium besitzt jedoch folgende Nachteile: Natrium reagiert chemisch sehr stark mit dem Sauerstoff der Luft und mit Wasser, was die Gefahr eines Natrium-Brandes mit sich bringt. Natrium wird im Reaktorkühlkreislauf radioaktiv. Als Folge dieser Eigenschaften sind eine besondere Konstruktion und spezielle Maßnahmen notwendig. Die Wärme aus dem Kern wird in einem Wärmetauscher an einen Natrium-Zwischenkreislauf abgegeben, und erst dieser Kreislauf mit nicht radioaktivem Natrium gibt die Wärme im Dampferzeuger an einen Wasser-Dampf-Kreislauf ab. So hat das radioaktive Natrium im Falle einer Dampferzeugerleckage keinen direkten Kontakt mit Wasser oder Dampf. Über dem Natrium in den Natriumbehältern befindet sich Argon, ein Edelgas. Alle Räume, in welchen sich Bauteile mit radioaktivem Natrium befinden, sind mit Stickstoff gefüllt (Loop-Bauweise). Die Betonwände sind mit Stahlblechen gasdicht ausgekleidet, da Natrium mit Beton chemisch reagiert (Beton enthält unter anderem Wasser).
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