gyors tenyésztőreaktor
(FBR, fast breeder reactor)

A forralóvizes és a nyomottvizes reaktorokban a természetben előforduló uránizotópok közül lassú neutronokkal csak az U-235 hasítható. Ezt az izotópot a természetes urán csak 0,7 %-ban tartalmazza, a fűtőelemekben pedig általában néhány %-ra dúsítják. Az előzőekben ismertetett reaktortípusokban (ezek az úgynevezett termikus reaktorok) a hasadások döntő többségét az U-235 képviseli, az U-238 csak kis mértékben járul hozzá az energiatermeléshez.
Az U-238 magja azonban egy neutron befogásával több lépcsőben Pu-239 plutóniumizotóppá alakulhat. A Pu-239 hasadóképes, leghatékonyabban a gyors neutronok hasítják. A tenyésztőreaktorokban mindkét folyamatot kihasználják.
A legnagyobb tenyésztőreaktoros atomerőmű a Superphenix, 1986 óta működik Franciaországban. Termikus teljesítménye 3000 MW, elektromos teljesítménye 1180 MW, termikus hatásfoka tehát 39%.
A gyors tenyésztőreaktorok a világ atomrőművi összkapacitásának kevesebb, mint 1%-át adják.

A gyors tenyésztőreaktor aktív zónája két részből áll. A belsejében helyezkednek el a fűtőelempálcák, amelyek 15 %-osra dúsított UO2/PuO2 keveréket tartalmaznak. Ebben a részben a maghasadások dominálnak, míg a belső részt körülvevő, U-235-ben szegényített uránt tartalmazó UO2-köpenyben az urán 238-as izotópjának Pu-239-é alakulása a meghatározó folyamat. A gyorsreaktorokban a folyamat úgy irányítható, hogy az U-238-ból több hasadóképes Pu-239 keletkezzen, mint amennyi a maghasadásokhoz kell. Mivel mind a maghasadáshoz, mind a plutónium szaporításához gyors neutronok kellenek, ezt a reaktortípust "gyors tenyésztőreaktornak" hívják.

A francia Phénix tenyésztőreaktorban kimutatták, hogy 100 elhasadó Pu-magra 115 újonnan keletkezett hasadóképes atommag jut. Tehát a reaktor több hasadóanyagot termel, mint amennyit elhasznál, így a hasadóképes anyagból fölösleg jön létre, amit más könnyűvizes vagy tenyésztőreaktorban felhasználhatnak hasadóanyagként.

A gyorsreaktorokban természetesen nem kell, sőt nem is szabad moderátornak jelen lenni, ezért a víz szóba sem jöhet hűtőközegként. Ehelyett nagyobb rendszámú folyékony fémeket, elsősorban folyékony nátriumot használnak a zóna hűtésére. A nátrium 395°C hőmérsékleten lép be a zónába, és 545°C-osan hagyja el azt. Mivel a nátrium forráspontja már 10 bar nyomáson is magasan ( 900°C körül) van, a primer körben nem szükséges nagy nyomást fenntartani, így egyszerűbb a reaktortartály felépítése és legyártása is.

1 Üzemanyag (hasadóanyag) 9 Fedél 17 Kondenzátor
2 Üzemanyag (szaporító anyag) 10 nátrium/nátrium hőcserélő 18 Hűtővíz
3 Szabályozórudak (bór-karbid) 11 Szekunder nátrium 19 Hűtővíz szivattyú
4 Primer nátrium szivattyú 12 Szekunder nátrium szivattyú 20 Nagynyom. turbina
5 Primer nátrium 13 Gőzfejlesztő 21 Kisnyom. turbina
6 Reaktortartály 14 Frissgőz 22 Generátor
7 Védő tartály 15 Tápvíz-előmelegítő 23 Reaktor épület
8 Reaktorfedél 16 Tápvíz szivattyú  

A primer kör folyékony nátriuma egy közbülső hőcserélőben adja át hőjét a szekunder köri nátriumnak, a harmadik hőcserélő pedig már a gőzfejlesztő. A három kör használata a nátrium (Na) veszélyessége miatt, biztonságtechnikai okokból szükséges. (A primer körben keringő nátriumot a szabad neutronok felaktiválják, radioaktív Na-24 keletkezik. A második nátriumkör megakadályozza, hogy a radioaktív nátrium esetleg érintkezhessen a víz-gőz körrel.)

Felhasznált irodalom