SORSCH - Свинцово-охлаждаемый реактор с шаровой кладкой СОРШК

Hinter dem Akronym Sorsch verbirgt sich eine sowjetische Erfindung von Dr. Irina Petrova: Der bleigekühlte Kugelhaufenreaktor. Dieser Nuklearreaktor ist weniger für seinen hohen Wirkungsgrad als für seine besonders sichere Werkseinstellung bekannt.

by Racussa mit DALLE

Nutzen

Es gibt bisher vier bleigekühlte Reaktoren:

1. Forschungsreaktor 'Trichterine' 25 km außerhalb von Moskau, Luftwaffenstützpunkt Brumowski

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2. Test-U-Boot 'Omsk', derzeit auf Langstreckenüberwachungsfahrt

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3. Marineforschungsreaktor 'Medea' 50 km nördlich von Chabarowsk, Marinestützpunkt Petjanka

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4. Wüstenforschungsreaktor 'Roxelane' 60 km westlich von Baikonur, Beobachtungsbunkeranlage Mirovoszrenie

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In allen abgelegenen Orten bzw. dem U-Boot gibt es daneben noch herkömmlich betriebene Kraftwerke bzw. Generatoren, um die Stromversorgung in jedem Fall zu sichern. Die unterschiedlichen Orte sollen die Verwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Klimazonen sowie bewegt oder ortsfest überprüfen. Dr. Petrova besucht die drei ortsfesten Anlagen regelmäßig, allerdings ist Trichterine, der erste und älteste Reaktor, aufgrund seiner Moskaunähe ihr Hauptforschungsort.

Herstellung

Um den Reaktor in Betrieb zu nehmen, muss zuerst das Blei geschmolzen und in Zirkulation versetzt werden. Das geschieht mittels der invers geschalteten Kühlpropeller an den Wärmetauschern und einem offenen Becken, in dem die Arbeiter mittels ehemaliger Armeeflammenwerfer das Blei erhitzen. Auf dem U-Boot wurde das Blei durch einen Elektroinduktionsschmelzer verflüssigt.
Danach werden die Uranbällchen gepresst und im Hitzeentwicklungsanfang mit einer Keramik- und zwei Glasschichten zur Strahlungsabschirmung umgeben und in das Bleibad geworfen. Jetzt wird der Reaktorkern hermetisch verschlossen und das Blei beginnt durch die austretende Hitze der Kugelbrennelemente in Bewegung gesetzt zu werden. Wärmekonvektion und Kühlingspropeller setzen nun den geschlossenen Kreislauf in Gang, bei dem das erhitzte Wasser nie direkt mit Radioaktivität in Berührung kommt.
Wie ein solcher Reaktor allerdings später einmal zu regulieren oder abzuschalten ist, ohne dass das Blei erstarrt und alle Teile des Reaktors für immer verstopft, ist noch nicht entschieden. Im Zweifelsfall wird überflüssige Energie als Kühlungswärme an die Umgebung abgedampft.

Redundante Notfallkühlsysteme

Um den SORSCH-Reaktor in einem Notfall abrupt abzukühlen, wurde ein mehrstufiges Notfallkühlsystem entwickelt. Im Falle eines kritischen Ereignisses kann flüssiges Helium in das Kühlsystem eingespritzt werden, was das Blei schnell abkühlt und zum Erstarren bringt. Diese Methode stoppt sofort die Kernreaktion, indem die Urankugeln in der festen Bleimasse eingeschlossen werden.
Als zweites ist ein Schnellableitungssystem vorhanden, das es ermöglicht, das flüssige Blei sofort aus dem Reaktorkern in einen externen Tank abzuleiten, wo es kontrolliert abgekühlt wird. Diese Maßnahmen garantieren eine blitzartige Unterbrechung der Reaktion und eine sichere Isolation der radioaktiven Materialien.
Falls das Blei abgelassen wird, sorgen starke Lüfter und metallische Kühlrippen im Reaktorraum dafür, dass die verbleibende Wärme der Uranbällchen effizient abgeführt wird.
In extremen Notfällen können die Kugeln in einen sekundären Kühlbehälter aus hitzebeständigem Material abgelassen werden, um eine sichere Kühlung durch das dort vorgehaltene Kühlgel zu gewährleisten.
Ein viertes Notfallkühlsystem umfasst speziell entwickelte Kühlpfeile aus einer Lithium-Magnesium-Legierung, die bei Kontakt mit Blei eine endotherme Reaktion eingehen. Diese Reaktion absorbiert Wärme und trägt dazu bei, die Temperatur im Reaktor schnell zu senken. Noch schneller als das ausgegossene flüssige Helium werden diese Pfeile tief in den Reaktor geschossen, um sofort die Kühlungsreaktion umfassend einzuleiten.

Social Impact

Sollten sich die Kugelreaktoren durchsetzen, böten sie im Verhältnis zu Block- oder Stabreaktoren zwei massive Schutzvorteile: Erstens könnte kein radioaktives Material austreten, weil das Blei aufgrund der Raumtemperatur sofort erstarrt und zu Boden fällt und dort liegen bleibt, bis es aufgesammelt wird.
Andererseits kann es zu keiner Überkritikalität oder Kernschmelze kommen, weil die einzelnen Uranportionen gerade groß genug für den exothermen Zerfallsprozess sind, aber aufgrund der Keramik und Glashülle nicht zu einem großen Klotz zusammenschmelzen können (oder Corium ausbildeten).
Ein Nebeneffekt ist der Schutz vor Reaktorausfällen durch Wartungs-, Stabwechsel- oder Verschweißvorgängen nach Lecks. Diese Technologie schützt also auch vor Mehrarbeit oder Gewinnreduzierungen durch Leistungsausfälle.

Inventor(s)

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Die Entwicklerin Dr. Irina Jewgenjova Petrova ist eine führende sowjetische Nuklearwissenschaftlerin und Expertin auf dem Gebiet der Reaktortechnologie. Sie wurde in Jerewan geboren und promovierte an der Lomonossow-Universität in Physik. Auslandsaufenthalte führten sie an die École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Schweiz, die Sorbonne in Paris und die Karl-Marx-Universität in Neu-Weimar.
Ihre öffentlichen Bücher wurden auf Japanisch, Deutsch, Französisch und Spanisch sowie auf Osmanisch übersetzt. Gastvorlesungen hielt sie unter anderem in London, Warschau, Madrid und Stockholm.
Im KGB, dem Dr. Petrova angehört, bekleidet sie den Rang eines Majors.
Da Dr. Petrova oft von Männern diskriminiert wurde, umgibt sie sich nur mit weiblichen Wissenschaftlerinnen und Technikerinnen, die ihr dadurch auch zu großem Dank und hoher Loyalität verpflichtet sind. Männliche Neider behaupten auch, dass sie ihre Untergebenen zu lesbischen Diensten zwänge, um sie zu diskreditieren.

Zugang & Verfügbarkeit

Blei und Uran sind viel leichter verfügbar als Helium oder Kaliumpermanganat, weshalb die Rohstoffe einfach zu erwerben sind. Der Bau der spezifischen Reaktoren unterliegt aber strikter Geheimhaltung und ist bislang militärischen Anwendungen vorbehalten.

Komplexität

Der Kugelhaufenreaktor selbst hat in etwa die Form eines nach oben offenen Trichters, der über zwei Kühlkanäle mit zwei Wärmetauschern verbunden ist, in denen das Blei die Hitze an Wasser abgibt, das damit dann Dampfturbinen antreibt beziehungsweise für Heizzwecke des Kraftwerks und der naheliegenden Kraftwerkssiedlung genutzt werden kann.
Durch den unteren Trichterauslauf sinken schwerere Bleiisotope und das gefährlichere Polonium 210 ab, die regelmäßig aus dem Kreislauf entnommen und durch frisches Blei ersetzt werden. Die Konvektionshitze wirbelt die Keramikkugeln voller Uran immer herum, um eine gleichmäßige Abfuhr der Wärme zu erreichen, die physische Schwere der Isotope läßt sie aufgrund der einfachen Schwerkraft nach unten sinken.

Entdeckung

Eher zufällig erkannte Dr. Petrova bei Untersuchungen in Weimar, dass sich kleine, heiße Steinchen immer noch überall auf dem Gelände der ehemaligen Wehrmachtskaserne befinden. Bei der Anlayse dieser Brocken stellte sich heraus, dass sie hochradioaktiv und exotherm waren. Daraus entstand die innovative Idee, statt langer, klobiger Brennstäbe auf eine Vielzahl frei flottierender Kugeln zu setzen, die in dem Kühlmittel treiben, von ihm umspült sind und ihre Wärme abgeben.
In der Experimentalphase in Moskau wurden verschiedene Kühlmittel erprobt etwa Helium, Wasser, Kaliumpermanganatschmelze, Quecksilber oder Milch. Schließlich wurde das Metall Blei als sicherstes Kühlmittel identifiziert, weil es bei einem eventuellen Leck nicht nur den Spalt sofort selbst verlötet, sondern an der Außenluft auch aufgrund der Temperatur sofort erstarrt und als lustige Bleigußfigur klirrend zu Boden fällt, was auch die Lokalisation des Lecks erleichterte.