DFR-Kern

Nukleare Abfälle sinnvoll nutzen? Kein geologisches Endlager mehr? Keine Anreicherungs- oder Wiederaufbereitungsanlagen? Strom zu weniger als 1 Cent/kWh? Kraftstoffe für Fahrzeuge zu 20-40 Cent pro Liter Benzinäquivalent? Ist das nicht Science Fiction?

Um zu verstehen, dass dies tatsächlich möglich ist, muss man sich vor Augen halten, dass praktisch alle bisherigen und zukünftigen Reaktorkonzepte (IV. Generation) einen militärischen Ursprung haben. Der Dual Fluid Reaktor ist hingegen der erste Reaktortyp, der für rein zivile Anwendungen mit dem Ziel einer hohen Wirtschaftlichkeit entwickelt wurde.

Alles flüssig

Im Dual Fluid Reaktor gibt es außer den Strukturmaterialien nichts Festes mehr, Brennelemente gehören der Vergangenheit an. Dies wäre an sich nichts Neues, denn schon der vor 50 Jahren entwickelte Flüssigsalzreaktor arbeitete auf diese Art - mit einem entscheidenden Unterschied: Die Nutzwärme wurde durch das gleiche Flüssigsalz nach außen getragen, er war sozusagen ein Mono-Fluid-Reaktor. Er findet sich heute als Konzept im Kanon der sogenannten vierten Generation wieder, als „Molten Salt Fast Reactor” MSFR.

Zunächst aber einmal: Welchen Vorteil hat überhaupt nuklearer Flüssigbrennstoff? Ist es nicht viel einfacher, den Reaktor wie gewohnt mit festen Brennstäben zu bestücken, nach dem Motto „einmal rein, dann ist Ruhe”? Stimmt natürlich nicht, denn nach ca. einem Jahr muss der Reaktorkern geöffnet und die Brennstäbe entfernt bzw. umgesetzt werden - sie sind so weit heruntergebrannt, dass der Reaktor nicht mehr anspringen würde.

Aber auch während des Betriebs häufen sich in festen Brennelementen Spaltprodukte (die „Asche” der Kernspaltung) an, genau jene Spaltprodukte, die im Falle eines Versagens der Kühlung Ärger machen und den gesamten Reaktorkern zum Schmelzen bringen können - die berühmte Kernschmelze, wie in Fukushima geschehen.

Bei einem Reaktor, der mit flüssigem Brennstoff arbeitet, können genau diese Spaltprodukte ständig abgezogen und durch frisches Spaltmaterial ersetzt werden, denn der Brennstoff läuft in einem Kreislauf. Natürlich müssen die Spaltprodukte immer noch irgendwo gelagert werden, aber eben nicht mehr im Reaktorkern. Außerdem braucht man keine Brennelemente mehr teuer in externen Fabriken zu fertigen und aufzuarbeiten;  dies kann alles in einer kleinen Anlage neben dem Reaktorkern kontinuierlich in Echtzeit geschehen. Man sieht, flüssiger Brennstoff bietet viele Vorteile.

Aus Eins mach Zwei

Beim damaligen Flüssigsalzreaktor konnten diese theoretischen Vorteile jedoch kaum genutzt werden, und auch beim heutigen MSFR-Konzept hat sich dies nicht geändert. Wegen der Verwendung ein- und derselben Flüssigkeit als Brennstoff einerseits und als Kühlmittel zum Abführen der Nutzwärme andererseits müssen Kompromisse gemacht werden. Die Flüssigkeit zirkuliert viel zu schnell für eine Aufbereitung in Echtzeit, aber viel zu langsam, um den Reaktor auf Hochtouren fahren zu können.

Hier kommt der Dual Fluid Reaktor ins Spiel. Die beiden Funktionen „Kühlung” und „Brennstoff” werden getrennt und für ihre jeweilige Aufgabe optimiert. Die Konsequenzen sind enorm. Der Reaktor kann nun mit voller Leistung betrieben werden. Gleichzeitig ergibt sich eine hohe Arbeitstemperatur von 1000 °C, die eine hocheffiziente Strom- sowie chemische Krafstoffproduktion ermöglicht. Desweiteren verbessern sich die nuklearen Eigenschaften so, dass endzulagernde radiotoxische Substanzen wie z.B. das berühmte Plutonium häufiger gespalten als neu gebildet werden (bei heutigen Reaktortypen ist dies genau umgekehrt). Der DFR wird damit zu einer hocheffizienten Transmutationsanlage, die nebenbei preisgünstig Strom und Kraftstoffe produzieren kann.

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Das Prinzip Dual Fluid Reaktor ist als internationales Patent unter WO002013041085A2 angemeldet. Unter diesem Link finden Sie auch die Patentschrift mit technischen Details (ganz unten „PDF-Anzeige” klicken, das volle Dokument können Sie dann durch einen Klick oben auf „Volldokument laden” erhalten).

Desweiteren finden Sie auf der DFR-Seite unseres Instituts noch englischsprachige Dokumente. In Kürze wird dort auch eine Publikation der IAEA zu diesem Thema eingestellt werden.