Indiens modernster Kernreaktor hat ein autarkes Stadium erreicht, das einen großen Schritt für das Atomenergieprogramm des Landes darstellt und es der Verringerung der Abhängigkeit von Uran einen Schritt näher bringt.
Der Prototyp eines schnellen Brutreaktors (PBFR) in Kalpakkam im südindischen Bundesstaat Tamil Nadu erreichte am Montag den kritischen Zustand – das Stadium, in dem eine nukleare Kettenreaktion von selbst weitergehen kann. Sobald der Reaktor vollständig betriebsbereit ist, wird Indien nach Russland erst das zweite Land sein, das über einen kommerziellen Schnellbrüterreaktor verfügt.
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Der indische Premierminister Narendra Modi nannte es „einen stolzen Moment für Indien“ und „einen entscheidenden Schritt“ bei der Weiterentwicklung des Atomprogramms des Landes.
„Dieser fortschrittliche Reaktor, der mehr Brennstoff produzieren kann, als er verbraucht, spiegelt die Tiefe unserer wissenschaftlichen Fähigkeiten und die Stärke unseres Ingenieurunternehmens wider. Er ist ein entscheidender Schritt zur Nutzung unserer riesigen Thoriumreserven in der dritten Phase des Programms“, sagte er am Montag in einem Beitrag auf X.
Was ist also ein schneller Brutreaktor und warum ist dieser neueste Fortschritt wichtig – für Indien und die Welt?
Folgendes wissen wir:
Worum geht es bei Indiens schnellem Brutreaktor?
Ein schneller Brutreaktor ist ein fortschrittlicher Kernreaktor, der mehr spaltbares Material – Brennstoff, der für Kernspaltungsreaktionen verwendet werden kann – produziert, als er verbraucht.
Indiens schneller Brutreaktor wurde vom Indira Gandhi Center for Atomic Research (IGCAR), einer wichtigen Forschungs- und Entwicklungseinrichtung des Ministeriums für Atomenergie des Landes, entworfen und entwickelt. Es verfügt über eine elektrische Leistung von 500 Megawatt (MWe).
Die Kernreaktoren, die Indien und die meisten anderen Länder ansonsten nutzen, sind sogenannte Schwerwasserreaktoren unter Druck. Sie nutzen Uran als Brennstoff und produzieren Plutonium als Abfall.
Aber ein schneller Brutreaktor kann das ausgestoßene Plutonium dann als Brennstoff nutzen, um eine sich selbst tragende Kernreaktion in Gang zu setzen. Schnelle Brutreaktoren verwenden ebenfalls Uran als Brennstoff, benötigen jedoch weniger, da sie auch Plutonium verbrauchen können. Tatsächlich wird der Kalpakkam-Reaktor weniger Uran zur Stromerzeugung benötigen als Schwerwasserreaktoren.
Deshalb wird es die zweite Stufe des indischen Atomprogramms genannt.
Am Montag erklärte die indische Regierung, der Reaktor solle es „Indien ermöglichen, mehr Energie aus seinen begrenzten Uranreserven zu gewinnen und gleichzeitig den Weg für den groß angelegten Einsatz von Reaktoren auf Thoriumbasis zu ebnen“.
In einem Bericht von Modis Büro vom März 2024 heißt es, dass Indiens PFBR „zunächst den Uran-Plutonium-Mischoxid-Brennstoff (MOX) verwenden wird. Die Uran-238-‚Decke‘, die den Brennstoffkern umgibt, wird einer nuklearen Transmutation unterzogen, um mehr Brennstoff zu produzieren, was ihr den Namen ‚Brüter‘ einbringt.“
Uran-238 bezieht sich auf die am häufigsten vorkommende, natürlich vorkommende Form von Uran, die selbst nur schwach radioaktiv ist, aber Neutronen einfangen und in Plutonium umwandeln kann.
„Da er die abgebrannten Brennelemente der ersten Stufe nutzt, bietet der FBR (Fast Breeder Reactor) auch große Vorteile im Hinblick auf eine deutliche Reduzierung des erzeugten Atommülls, wodurch die Notwendigkeit großer geologischer Endlageranlagen vermieden wird“, heißt es in dem Bericht weiter.
Wie funktioniert ein schneller Brutreaktor?
Paul Norman, Professor für Kernphysik und Kernenergie an der Universität Birmingham, sagte gegenüber Al Jazeera, dass – wie das Büro des indischen Premierministers in seinem Bericht sagte – schnelle Brutreaktoren sowohl Plutonium als auch Uran verwenden. Auch das Uran wird weiter in Plutonium umgewandelt.
„Ein Vorteil dieser Art von System besteht darin, dass es die Kernbrennstoffreserven enorm erhöhen kann, indem theoretisch ‚das gesamte Uran‘ (über die Plutoniumumwandlung) und nicht nur ein kleiner Teil davon genutzt wird“, sagte er.
„Die Technologie kann auch auf Thoriumsysteme ausgeweitet werden, und es soll auf der Erde mehr Thorium als Uran geben, was zu einer weiteren enormen Steigerung der Menge an Kernbrennstoff führt“, erklärte er.
Weltweit sind die Thoriumreserven viermal größer als die Uranreserven.
Und in Indien ist diese Gleichung sogar noch komplizierter: Das Land beherbergt etwa ein bis zwei Prozent des weltweiten Urans, verfügt aber über mehr als 25 Prozent des weltweiten Thoriums.
Wie helfen die riesigen Thoriumreserven Indien?
Der Bau des PFBR begann nach mehreren Verzögerungen offiziell im Jahr 2004. Aber seine Bedeutung wurde von den Wissenschaftlern des Landes schon viel früher hervorgehoben.
In einem im Oktober 1996 von den indischen Wissenschaftlern Shivram Baburao Bhoje und Perumal Chellapandi für die Internationale Atomenergiebehörde verfassten Bericht heißt es, dass das Schnellreaktorprogramm in Indien aufgrund des wachsenden und kontinuierlichen Strombedarfs des Landes wichtig sei.
Indien ist nach China und den USA der drittgrößte Energiefresser der Welt. Angesichts der größten Bevölkerung der Welt und einer schnell wachsenden Wirtschaft ist davon auszugehen, dass Indiens Energieverbrauch weiter steigen wird.
Wie der Krieg gegen den Iran und seine Auswirkungen auf die globalen Energiepreise gezeigt haben, stellt eine anhaltende übermäßige Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen ein Risiko für Volkswirtschaften wie die Indiens dar.
Derzeit macht die Kernenergie nur 3 Prozent des Energiemixes des Landes aus, aber Indien will diesen drastisch steigern, von 8.180 MW im Jahr 2024 auf 100 GW im Jahr 2047.
Da passen das dreistufige Atomprogramm und Thorium ins Spiel.
In der zweiten Stufe nutzen die Schnellen Brutreaktoren Uran und die Plutoniumabfälle aus Schwerwasserreaktoren zur Stromerzeugung. Sie produzieren auch mehr Plutonium und ein leichteres Uranisotop namens Uran-233, ein fertiges, spaltbares Material, das als Brennstoff in Reaktoren der dritten Stufe verwendet werden kann.
Diese Reaktoren der dritten Stufe würden, sobald sie entworfen sind, auf Thorium basieren. Sie würden mit Thorium – das Indien im Überfluss hat – und Uran-233 gefüttert. Der Abfall, den diese Reaktoren produzieren würden: auch Uran-233, das als Brennstoff für die Reaktoren zurückgeführt werden kann.
Sobald Indien seinen dreistufigen Prozess abgeschlossen hat, wäre es tatsächlich in der Lage, seinen Bedarf an natürlich vorkommendem Uran deutlich zu reduzieren und stattdessen Thorium für einen Großteil seines Kernenergiebedarfs zu verwenden.
Warum ist das für den Rest der Welt wichtig?
Andere Länder – darunter die USA, Frankreich, Großbritannien, Japan und Russland – haben an der Technologie schneller Brutreaktoren gearbeitet.
Aber bisher verfügt nur Russland über einen kommerziellen schnellen Brutreaktor.
Norman sagte, dass Herausforderungen bei den Reaktormaterialien, der Wiederaufbereitung und der Wirtschaftlichkeit des gesamten Prozesses oft auch den groß angelegten Einsatz solcher Systeme verhindert hätten.
Wenn es Indien gelingt, den Erfolg seines Reaktorprototyps in ein kommerzielles Modell zur Erzeugung von Kernenergie umzuwandeln, könnte es andere Länder dazu inspirieren, diesem Beispiel zu folgen.
