Hallo,
kann mir jemand erklären, warum es in einem Brutreaktor eine Spaltungszone und einen Brutmantel gibt? Theoretisch ist doch auch in den Brennstäben der Spaltungszone eine gewisse Menge Th-232 bzw. U-238 vorhanden…
Das Material des Brutmantels in den verschiedenen Brüterarten (232Th oder 238U o.a.) ist nicht bzw. schwer spaltbar.
Im Brüter wird daraus durch Einfang von Neutronen aus der Spaltzone und ggf. β-Zerfall spaltbares Material erbrütet für weitere Verwendungen oder zur Rück-Einbindung in den aktuellen Spaltprozess. Beides ist ja gerade der Zweck des Brüters.
Und zwar
238U + nschnell → 239Pu im „schnellen Brüter“
232Th + nthermisch → 233U im „thermischen Brüter“
Das ist mir schon klar. Die Frage ist vielmehr: Im MOX der Spaltzone befindet sich doch auch noch U-238. Warum wird der Brennstoff also nicht dort erbrütet, wo er auch verbraucht wird? Dafür muss es ja einen Grund geben. Wäre es möglich könnte man sich schließlich die Aufarbeitung sparen…
Zunächst mal ist ein Brüter per Definition ein Reaktor, der mehr Brennstoff erzeugt als er verbraucht.
In einem normalen Uran-Reaktor bestehen die Brennstäbe aus U-238 und ein wenig U-235. Das U-235 wird durch langsame Neutronen gespalten, und erzeugt dabei schnelle. Von denen wird sicher ein gewisser Teil etwas U-238 zu PU-239 brüten, aber man braucht auch noch welche, die verlangsamt werden, um weiteres U-235 zu spalten und die Reaktion in Gang zu halten. Es gibt da also sicher auch Brutreaktionen, die sicher auch die Lebensdauer der Brennelemente verlängern. Aber die Brennelemente werden dennoch verbraucht, und damit ist das kein „Brüten“ per Definition.
Stopft man „Brut-Elemente“ aus reinem U-238 zwischen die Brennelemente mitten in den Reaktor, dann absorbieren die zunächst einen Teil der schnellen Neutronen, die dann für die normale Kernspaltung nicht zur Verfügung stehen. Aber da sind etwa genausoviele langsame Neutronen unterwegs, die auch durch das Brutelement fliegen, und dort schon erbrütetes Material zur Spaltung bringen. Das heißt, das Brutelement wird dann direkt mit verbrannt.
Die Brut-Elemente werden außen um die Brennelemente platziert, vermutlich gibt es dazwischen keinen Moderator, der die Neutronen abbremst. So werden die Brut-Elemente nur mit den zum Brüten tauglichen schnellen Neutronen, aber kaum mit langsamen bestrahlt, so dass sich die Spaltungsprozesse im Rahmen halten. Außerdem hält man damit eine störende Komponente vpn den Brennelementen fern.
Das ist ne sehr einfache Erklärung, aber so ungefähr dürfte das hinkommen.
Ich glaube, ich muss meine Frage noch einmal neu formulieren:
Es wäre sehr praktisch, wenn man im schnellen Brüter mit einer initialen Menge spaltbaren Urans/Plutoniums den kompletten Vorrat an U-238 im Kern nahezu vollständig zu Plutonium brüten und ohne Aufarbeitung abbrennen könnte. Trotzdem erfolgt der Brutvorgang in einem anderen Bereich des Reaktors (Blanket/Brutmantel). Welche physikalischen bzw. technischen Gegebenheiten verhindern, dass das Erbrüten von Brennstoff in der Spaltungszone stattfindet (ist auch ein Problem beim theoretischen Konzept des Laufwellenreaktors)?