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{{Infobox Kernreaktor
|BILD =
|BILDBESCHREIBUNG = Aufbau eines BN-600
|HERSTELLER = OKBM
|JAHR =
|LAND = Russland
|REAKTORTYP = Brutreaktor
|BAUART = Pool
|MODERATOR =
|KÜHLUNG = Natrium
|BRENNSTOFF =
|ANREICHERUNG =
|REAKTIVITÄT =
|LEISTUNGSKLASSEN = 90, 600, 800, 1200, 1600
|CONTAINMENT = nicht vorhanden
|GEBAUT = 3
}}
Der '''BN''' ({{ruS|БН, Реактор на '''Б'''ыстрых '''Н'''ейтронах}}, [[Transkription (Schreibung)|transkribiert]] ''Reaktor na '''B'''ystrych '''N'''ejtronach'', zu Deutsch etwa ''Reaktor für schnelle Neutronen'' oder sinngemäß ''[[Schneller Brutreaktor|Schneller Brüter]]'')<ref>[http://www.iaea.org/inisnkm/nkm/aws/frdb/fulltext/01_generalInformation.pdf#11 IAEA Fast Reactors general information] (englisch)</ref> ist ein [[natrium]]gekühlter [[Brutreaktor]] verschiedener Leistungsversionen der [[Russland|russischen]] Firma [[OKBM]]. Zurzeit (Stand 2019) sind zwei BN-Reaktoren weltweit in Betrieb.

Die BN-Reaktoren sollen ein [[Konversionsrate (Kerntechnik)|Brutverhältnis]] bis zu 1,3 erreichen können, also 30 % mehr [[Plutonium]] aus [[Uran]]-238 erzeugen können, als sie in der gleichen Zeit an spaltbarem Material verbrauchen. Der Überschuss könnte in [[Leichtwasserreaktor]]en verwendet werden. So könnte das Natururan bis zu 60 mal effizienter als in herkömmlichen Reaktoren ausgenutzt werden. Seit 2012 wird der BN-600 jedoch zur Verbrennung des Plutoniums aus den russischen Kernwaffen als ''burner reactor'' verwendet, d. h. mit einem Brutverhältnis unter 1.<ref name="worldnuclear" />

== Übersicht der verschiedenen Typen ==

{| class="wikitable" style="text-align:center"
! rowspan="2"| Typ !! colspan="2" | Leistung !! rowspan="2" | Brennelemente !! rowspan="2" | Kühlkreisläufe !! colspan="2" | Betriebsdaten
|-
! Thermisch [MWth] !! Elektrisch [MWe] !! Betrieb !! Status
|-
| BN-350 || 750 || 135 || || || 1972–1999 || Stillgelegt
|-
| BN-600 || 1470 || 600 || 369 || || 1980–{{0|0000}} || In Betrieb
|-
| BN-800 || 2100 || 864 || || 4 || 2014–{{0|0000}} || In Betrieb; geplante Betriebsdauer: 60 Jahre
|-
| BN-1200 || 2900 || 1220 || || 4 || Nach 2030 || In Planung; geplante Betriebsdauer: 60 Jahre
|}

Quelle: <ref>{{Webarchiv|text=WANO Beloyarsk NPP and Davis Besser NPP |url=http://www.wano.org.uk/WANO_Documents/Inside_WANO/Vol12No3/Vol12No3_En.pdf |wayback=20070927224043}} (englisch)</ref>

=== BN-350 ===
Der erste BN-Reaktor mit der Typbezeichnung BN-350 wurde 1973 im [[Kernkraftwerk Aqtau]] (damals [[UdSSR]]) in Betrieb genommen. Der Reaktor war 27 Jahre in Betrieb und wurde neben dem experimentellen Zweck zur Erzeugung von Wärme für die [[Meerwasserentsalzung|Wasserentsalzung]] verwendet.<ref name="worldnuclear">{{Internetquelle |url=https://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/ReactorDetails.aspx?current=484 |titel=PRIS - Reactor Details |abruf=2021-12-02}}</ref>

=== BN-600 ===
[[Datei:Reactor block 3 of Beloyarsk Nuclear Power Plant.jpg|mini|BN-600 im [[Kernkraftwerk Belojarsk]]]]
[[Datei:BN-600 nuclear reactor.jpg|mini|Modell des BN-600-Reaktors, ausgestellt im [[Kernkraftwerk Belojarsk]]]]
[[Datei:Nuclear fuel of a BN-600 reactor.jpg|mini|Brennelement eines BN-600]]
Der BN-600 ist die Weiterentwicklung des BN-350. Der Reaktor wurde im [[Kernkraftwerk Belojarsk]]-3 verbaut und ist seit 1980 in kommerziellem Betrieb (Stand 2021)<ref name="worldnuclear" />. Die Leistung beträgt 600 MW brutto und 560 MW netto. Der Reaktor ist anders als der BN-350 in Pool-Bauweise gebaut worden und gehört somit zu den fortgeschritteneren Brutreaktoren.<ref>{{Toter Link | url=http://www.iaea.or.at/inisnkm/nkm/aws/fnss/fulltext/28014313.pdf | text=PDF auf iaea.or.at }}</ref> Der Reaktor in Belojarsk besitzt kein Containment, unter anderem, weil das flüssige Metall anders als das Kühlwasser eines [[Druckwasserreaktor|DWR]] oder [[Siedewasserreaktor|SWR]] nicht unter Druck steht.

Mit 42 Jahren Betriebszeit und einer [[Verfügbarkeit]] über 74 % ist der BN-600, zusammen mit dem französischen Reaktor [[Kernkraftwerk Phénix|Phenix]], einer der erfolgreichsten schnellen Brutreaktoren, die ans Stromnetz angeschlossen wurden.

Ein sich technisch am BN-600 orientierender Reaktor von 85 MWth Leistung (CEFR China Experimental Fast Reaktor) ging 2011 in China in Betrieb.<ref>[https://www.neimagazine.com/analysis/a-new-breed-for-china-5919186/ A new breed for China], auf neimagazine.com, abgerufen am 23. März 2025</ref>

=== BN-800 ===
Der BN-800 ist eine Weiterentwicklung des BN-600. Er wird ebenfalls in Pool-Bauweise errichtet. In Belojarsk wurde 2006 mit dem Bau eines BN-800 begonnen, der im Juni 2014 den kommerziellen Betrieb bei reduzierter Leistung aufnahm. Am 7. Dezember 2007 wurden die ersten beiden Natriumtanks installiert und befüllt. Die Tanks haben eine Länge von 15 m, einen Durchmesser von 4 m und wiegen 54 t. Der BN-800 ist seinem Vorgänger ähnlich, jedoch in größerer Ausführung und nach strengeren Sicherheitsstandards konstruiert.<ref>{{Webarchiv|text=INSC: Database – Overview of Fast Reactors in Russia and the Former Soviet Union |url=http://www.insc.anl.gov/cgi-bin/sql_interface?view=rx_model&qvar=id&qval=12 |wayback=20060703205758}} (englisch)</ref> Kritikalität wurde am 27. Juni 2014 erreicht.<ref name="Erf"></ref> Im Dezember 2015 wurde er mit der Mindestleistung von 235 MW an das Stromnetz angeschlossen<ref>[http://www.world-nuclear-news.org/NN-Russia-connects-BN800-fast-reactor-to-grid-11121501.html Russia connects BN-800 fast reactor to grid], World Nuclear News, 11. Dezember 2015</ref> und im August 2016 wurde die erste 15-tägige Testphase bei Nennleistung erfolgreich abgeschlossen<ref>[http://www.cbn.co.za/services/power-solutions-energy-efficiency/groundbreaking-fast-neutron-reactor-reaches-full-power Groundbreaking Fast Neutron Reactor reaches full power], Cape Business News, 12. September 2016</ref><ref>[https://mundo.sputniknews.com/tecnologia/20160902/1063216211/rusia-reactor-nuclear.html Rusia ensaya un prototipo del reactor nuclear del futuro], Sputnik Mundo, 2. September 2016</ref>. Der kommerzielle Betrieb startete am 1. November 2016.<ref>[https://www.world-nuclear-news.org/Articles/Russia-s-BN-800-unit-enters-commercial-operation Russia's BN-800 unit enters commercial operation], auf world-nuclear-news.org, abgerufen am 23. März 2025</ref>
Der Bau von zwei BN-800 Reaktoren in China wurde 2009 vereinbart. Bis 2019 wurde mit dem Bau jedoch nicht begonnen. Nach Presseinformationen wurde der Vertrag aufgelöst.<ref>[https://carnegieendowment.org/posts/2017/02/rethinking-chinas-fast-reactor?lang=en Rethinking China’s Fast Reactor], auf carnegieendowment.org, abgerufen am 23. März 2025</ref>

=== BN-1200 ===
Der BN-1200 ist als Nachfolger des BN-800 geplant. Eine Entscheidung über den Bau sollte 2019 fallen.<ref>[https://www.neimagazine.com/news/russias-bn-1200-fast-reactor-envisaged-for-2019-4933888/ Russia’s BN-1200 fast reactor envisaged for 2019], auf neimagazine.com, abgerufen am 23. März 2025</ref> Der BN-1200-Bau wurde Mitte 2019 jedoch um 4 bis 8 Jahre verschoben.<ref>[https://www.world-nuclear-news.org/Articles/Rosatom-postpones-fast-reactor-project-report-say Rosatom postpones fast reactor project, report says], auf world-nuclear-news.org</ref> Neben der höheren Leistung von 1200 MW soll der BN-1200 die noch höheren Sicherheitsstandards der [[Generation IV International Forum|Generation IV]] erfüllen. Brutverhältnisse bis zu 1,45 sind geplant.<ref name="worldnuclear" />

== Sicherheit ==

=== Vorteile ===

* der niedrige Druck des flüssigen Metalls (Atmosphärendruck oder leicht höher, im Vergleich zu den etwa 150 bar eines [[Druckwasserreaktor]]s und etwa 75 bar eines [[Siedewasserreaktor]]s).
* beim BN-800 kann die Restleistung aus der Nachzerfallswärme bei ausgeschaltetem Reaktor vollständig passiv aufgenommen werden, d. h. ohne den Einsatz von Pumpen wie bei Leichtwasserreaktoren der 2. und 3. Generation.
* [[Iod]], das gefährlichste radioaktive Element bei kerntechnischen Unfällen, kann vom Natrium zu einer nicht flüchtigen Verbindung gebunden werden.

=== Nachteile ===

* Natrium reagiert mit Luftfeuchte oder Wasser heftig zu Natronlauge und Wasserstoff. Der gebildete Wasserstoff kann explosionsartig reagieren. Natrium reagiert auch intensiv mit Luftsauerstoff. Es müssen daher geeignete Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden. Im BN-600 kam es zu mehreren Natriumaustritten zwischen 30 und 1000 kg, was zu Bränden und Reaktionen mit Wasser führte. Diese Ereignisse konnten beherrscht werden und führten zur Lösung der Problematik. Der letzte Natriumbrand war 1994.<ref name="Erf">[https://www.gen-4.org/gif/upload/docs/application/pdf/2019-01/gifiv_webinar_pakhomov_19_dec_2018_final.pdf BN-600 and BN-800 operating experience] (PDF), auf gen-4.org</ref>
* Der Schmelzpunkt von Natrium liegt bei Normaldruck bei 98 °C. Die Anlage muss daher auch bei Stillstand des Reaktors ständig auf Temperatur gehalten werden, was allerdings elektrothermisch leicht möglich ist. Der Reaktorbehälter selbst wird jedoch durch die Zerfallswärme der Brennelemente ausreichend geheizt.<ref>Sodium-NaK Engineering Handbook Volume 1–6 1972</ref>
* Die Kritikalitätssicherheit ist nur schwierig zu gewährleisten, wenn Transurane ([[Actinoide]] wie die Plutoniumisotope 240Pu, 241Pu und darüber) aus Atommüll verbrannt werden sollen.<ref name= "MA">{{Toter Link|url=https://www.degruyter.com/downloadpdf/j/nuka.2015.60.issue-1/nuka-2015-0034/nuka-2015-0034.pdf |date=2023-03 | text=https://www.degruyter.com/downloadpdf/j/nuka.2015.60.issue-1/nuka-2015-0034/nuka-2015-0034.pdf }}</ref> Der Natrium-[[Dampfblasenkoeffizient]] des BN-800 kann je nach Brennstoffzusammensetzung positiv ([[Transuranabfall#Minore Actinoide|Minore Aktinoide]], reines [[Mischoxid#Kerntechnik|MOX]])<ref>IAEA-CN-245-05 (2017) [https://media.superevent.com/documents/20170620/11795dbfabe998cf38da0ea16b6c3181/fr17-405.pdf The BN-800 core with mox fuel] (PDF; 9,3 MB), auf media.superevent.com</ref> oder negativ sein (aktuelles Hybridcore: MOX plus Brennelemente aus angereichertem Uran).<ref name="Sodium">"Sodium Fast Reactors with Closed Fuel Cycle", Kapitel 12.2, von Baldev Raj, P. Chellapandi, P.R. Vasudeva Rao, CRC Press (2015)</ref>

Als Alternative zu BN-Reaktoren werden in Russland bleigekühlte schnelle Reaktoren, wie [[BREST (Reaktor)|BREST]] gebaut. Diese sollen nach einer EURATOM-Studie Sicherheitsvorteile im Vergleich zu BN-Reaktoren haben.<ref>[http://ecolo.org/documents/documents_in_english/SFRvsLFR-05.pdf Comparison of sodium and lead-cooled fast reactors regarding severe safety and economical issues] (PDF; 0,4 MB), auf ecolo.org</ref>

== Transmutation von Atommüll ==
Die BN-Baureihe soll einen Beitrag zur Schließung des [[Brennstoffkreislauf]]s liefern, da [[Transuranabfall]] im schnellen Neutronenspektrum spaltbar ist. Für eine komplette Beladung des BN-800 braucht man rund 15 t Material, davon etwa 20,5 % Plutonium, der Rest ist größtenteils Uran-238. Dieses Material könnte auch aus aufbereiteten [[abgebrannter Kernbrennstoff|alten Brennstäben]] von Atomkraftwerken stammen. Bei 10 % Abbrand hätte sich die eingesetzte Menge nach dem Zyklus um 1,5 t verringert und in relativ kurzlebige Spaltprodukte verwandelt. Wenn der Brutprozess von 238U nach 239Pu optimal funktioniert (>=1) dann wird zeitgleich aus dem 238U der Betriebsstoff für die nächste Ladung gebrütet. In Summe werden also rund 1,5 Tonnen 238U verbraucht oder transmutiert.

Einige Transurane des Atommülls verschlechtern die Kritikalitätssicherheit allerdings so drastisch, dass nur relativ geringe Mengen davon im Kern vorhanden sein dürfen.<ref>[https://www.base.bund.de/SharedDocs/Downloads/BASE/DE/berichte/kt/gutachten-partitionierung-und-transmutation.pdf?__blob=publicationFile&v=6 Sicherheitstechnische Analyse und Risikobewertung von Konzepten zu Partitionierungs- und Transmutationsanlagen für hochradioaktive Abfäll] (PDF), auf base.bund.de</ref> Laut [[Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung|BASE]] könnten gegenwärtig maximal 36 kg/Jahr von den im Müll besonders problematischen [[minore Actinoide|minoren Actinoiden]] im BN-800 durch [[Transmutation]] umgewandelt werden. Das entspricht der Menge, die zwei [[Leichtwasserreaktor]]en etwa gleicher Leistung pro Jahr erzeugen. Um hier sinnvoll Transuranabfall (also minore Actinoide) zu spalten, wäre es dementsprechend nötig, 30 % der existierenden Kraftwerke durch schnelle Reaktoren zu ersetzen.<ref>V. I. Matveev, V. A. Yeliseev, Ye. V. Poplavskaya: [https://nap.nationalacademies.org/read/11320/chapter/8 The Use of Sodium-Cooled Fast Reactors for Effectively Reprocessing Plutonium and Minor Actinides*], auf nap.nationalacademies.org</ref> Es gibt deshalb ein von 2019 bis 2034 laufendes Forschungsprojekt, durch welches untersucht wird, ob eine größere Menge verarbeitet werden kann.<ref name="kasp">[https://www.ifnec.org/ifnec/upload/docs/application/pdf/2018-12/5.3_rosatom_khaperskaya.pdf Russian approach to high level waste and spent fuel management] (PDF, Folien 17 und 23), auf ifnec.org</ref> Analysen von 2005 zeigten auf, dass es im Prinzip möglich wäre, bis zu 90 kg/Jahr an minoren Actinoiden umzuwandeln, wenn der Kern des Reaktors nur noch Uran-235 enthielte und das sonst vorhandene Uran-238 durch einen Platzhalter (Zirkoniumcarbid, Aluminiumnitrid oder Magnesiumoxid) ersetzt würde. In diesem Falle ändert sich die Anreicherung des Uran-235 nicht, da es mit dem Platzhalter durchmischt wird. Ein so ausgerüsteter BN-800 könnte von fünf Kernkraftwerken der 1-GW-Klasse die jährlich anfallenden minoren Aktinoide in kurzlebige Spaltprodukte umwandeln.<ref>V. I. Matveev, V. A. Yeliseev, Ye. V. Poplavskaya: [https://nap.nationalacademies.org/read/11320/chapter/8 The Use of Sodium-Cooled Fast Reactors for Effectively Reprocessing Plutonium and Minor Actinides*], S. 65, auf nap.nationalacademies.org</ref>

Bei der ersten Beladung 2014 wurde der BN-800 genutzt, um vertragsgemäß Waffenplutonium zu vernichten. Seit 2021 läuft der BN-800 mit MOX-Brennstäben, die aus radioaktiven verbrauchten Brennstäben gewonnen wurden.<ref>[https://world-nuclear-news.org/Articles/BN-800-fast-reactor-fully-loaded-with-MOX-fuel BN-800 fast reactor has first full refuelling with MOX fuel], auf world-nuclear-news.org</ref>

Andere Komponenten des hochaktiven Atommülls wie langlebige [[Spaltprodukt]]e werden auch im BN-800 erzeugt, können im Neutronenspektrum des BN-800 jedoch nicht transmutiert werden (s. [[Transmutation#Transmutation mit kritischen Reaktoren|hier]]), sodass der BN-800 diesbezüglich ein Atommüllerzeuger bleibt. Es ist allerdings anzumerken, dass langlebige Spaltprodukte (im Wesentlichen Technetium-99 und Cäsium-135) im Vergleich zu Plutonium-239, Uran-235 und -238 oder minoren Aktinoiden eine um mehrere Größenordnungen geringere [[Radiotoxizität]]<ref>{{Internetquelle | url=https://radioactivity.eu.com/articles/nuclearenergy/long_lived_fission_products | abruf=2025-03-23 |titel=Long-lived Fission Products | hrsg=radioactivity.eu.com | sprache=en }}</ref> haben und als Betastrahler zudem leicht abschirmbar sind. Gefahr geht von diesen langlebigen Spaltprodukten vor allem dadurch aus, dass sie anionische Verbindungen eingehen können, die eine hohe chemische Mobilität besitzen (Kationische Verbindungen sind im Boden deutlich weniger mobil als anionische). Bei der Endlagerung ist hier also besondere Sorgfalt erforderlich, damit diese nicht in die Biosphäre gelangen.

Ein den BN-Reaktoren ähnliches Transmutationsprojekt, das von Frankreich mit japanischer Beteiligung entwickelte [[Generation IV International Forum|Generation-IV]]-Natriumreaktorkonzept [[ASTRID (Reaktor)|ASTRID]], wurde im Sommer 2019 von der [[Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives|CEA]] vorerst aufgegeben und auf die zweite Hälfte des jetzigen Jahrhunderts zurückgestellt. Ein neuer Projektplan für Generation-IV-Reaktoren wurde für Ende 2019 angekündigt.<ref>[https://www.neimagazine.com/news/france-cancels-astrid-fast-reactor-project-7394432/ France cancels ASTRID fast reactor project], neimagazine.com, 2. September 2019</ref><ref>[https://www.reuters.com/article/us-france-nuclearpower-astrid/france-drops-plans-to-build-sodium-cooled-nuclear-reactor-idUSKCN1VK0MC France drops plans to build sodium-cooled nuclear reactor], Reuters, 30. August 2019</ref>

== Siehe auch ==
* [[Liste der Kernkraftwerke]]
* [[Liste von Kernkraftanlagen]]

== Weblinks ==
* [https://inis.iaea.org/search/search.aspx?orig_q=RN:46087735 Operating experience from the BN600 sodium fast reactor, IAEA] (englisch)

== Einzelnachweise ==
<references />

{{SORTIERUNG:Bn-Reaktor}}
[[Kategorie:Reaktortyp]]

BN-Reaktor - Versionsgeschichte

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