Der Vorgang, dass Uran-238-Atomkerne Neutronen einfangen und sich somit in leicht spaltbare, und zur Energiegewinnung heranziehbare Plutonium-239-Kerne wandeln, wird im Brutreaktor genutzt. Von den, bei der Spaltung von Plutonium-239, frei werdenden zwei bis drei Neutronen wird nur eins zur Aufrechterhaltung der Kettenreaktion benötigt. Die restlichen Neutronen werden zum Teil von Uran-238-Kernen eingefangen, welche sich in Plutonium-239 wandeln. Es wird also neuer Brennstoff "erbrütet", im Idealfall mehr, als verbraucht wird.
Der Reaktorkern besteht aus Brennelementen, in denen die Energie erzeugt wird, und Brutelementen, in denen neuer Brennstoff erbrütet wird. Da bei der Wandlung von Uran-238 in Plutonium-239 schnelle Neutronen besser als langsame sind, wird für den Primärkreislauf an Stelle von neutronenbremsendem Wasser flüssiges Natrium verwendet, welches als schlechter Moderator hier besser geeignet ist. In einem Zwischenwärmetauscher gibt das Natrium aus dem Primär-Natriumkreislauf seine thermische Energie an einen Sekundär-Natriumkreislauf ab. Dieser wiederum gibt seine thermische Energie in dem Dampferzeuger an Wasser ab, welches siedet und als Dampf die Turbinen für den Generator antreibt. ( Abbildung zum Brutreaktor im Anhang Seite 20, Abb. 20.1 )
Da die sonst wertlosen Uran-238-Kerne in großen Mengen vorkommen, wird der Brutreaktor wahrscheinlich trotz technischer Schwierigkeiten in den nächsten Jahrzehnten eine große Rolle bei der Energieerzeugung spielen, falls keine ungefährlichere, billigere und ähnlich effiziente Art der Energiegewinnung gefunden wird. Der Brennstoff des Brutreaktors hat einen Plutonium-239-Gehalt von ca. 20 - 30% und einen Uran-238-Gehalt von ca. 70 - 80 %, also ca. zehn mal soviel spaltbares Material wie die anderen Reaktortypen.
Ein großer Vorteil des Brutreaktors ist, dass das Uran-238 ca. 60mal so gut ausgenutzt wird wie in normalen Reaktortypen. Ein weitere Vorteil ist, dass das Kühlmittel aus dem Reaktorkern, wie auch beim Druckwasserreaktor, nicht in Berührung mit dem Wasser und somit der Turbine kommt, sondern isoliert bleibt.
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