535 °C heißes Blei: Russland baut ungewöhnlichen Atomreaktor
BREST-OD-300 soll mit flüssigem Blei und neuartigem Brennstoff arbeiten. Warum Russland auf die ungewöhnliche Reaktortechnik setzt – und wo ihre Probleme liegen.
Bau des BREST-OD-300 im sibirischen Seversk: Anfang August 2026 wurde der äußere Reaktorbehälter montiert. Der Demonstrationsreaktor soll später mit flüssigem Blei gekühlt werden.
Foto: picture alliance / TASS | Varvara Zadvornykh
16 m hoch und jeweils 95 t schwer: Mit zwei neuen Großkomponenten nimmt der russische Versuchsreaktor BREST-OD-300 weiter Gestalt an. Das eigentlich Ungewöhnliche steckt aber im Reaktor selbst. Dort soll kein Wasser, sondern mehrere hundert Grad heißes, flüssiges Blei die Wärme aus dem Reaktorkern abführen.
Anfang Oktober wurden die beiden sogenannten Separator-Überhitzer im Maschinenhaus der Anlage im sibirischen Seversk montiert. Sie bereiten den Dampf für den Niederdruckteil der Turbine auf. Bis Ende 2026 soll nach Angaben des russischen Atomkonzerns Rosatom auch das Fundament für Turbine und Generator fertig sein. Am Reaktor selbst laufen die Bauarbeiten ebenfalls weiter.
BREST-OD-300 ist für eine elektrische Leistung von 300 MW ausgelegt und damit deutlich kleiner als ein großes Kernkraftwerk. Die Anlage ist jedoch vor allem als Technologietest gedacht. Russland will damit zeigen, ob sich mehrere ungewöhnliche Ansätze im Kraftwerksmaßstab miteinander verbinden lassen: ein schneller Reaktor, Kühlung mit reinem Blei und ein Brennstoffkreislauf, in dem Uran und Plutonium mehrfach genutzt werden sollen.
Blei strömt mit 420 °C in den Reaktorkern
Ganz ohne Wasser arbeitet auch BREST nicht. Das Blei ersetzt Wasser nur im Primärsystem, also dort, wo die Wärme unmittelbar aus dem Reaktorkern abgeführt wird.
Nach Angaben der Internationalen Atomenergie-Organisation IAEA soll das Blei mit etwa 420 °C in den Kern strömen und ihn mit rund 535 °C wieder verlassen. Anschließend gibt es die Wärme in Dampferzeugern an Wasser ab. Der dabei entstehende Dampf treibt wie bei anderen thermischen Kraftwerken eine Turbine an. Der Reaktor erreicht 700 MW thermische und etwa 300 MW elektrische Leistung.
Flüssige Metalle als Reaktorkühlmittel sind grundsätzlich nichts Neues. Russland betreibt beispielsweise mit BN-600 und BN-800 seit Jahren schnelle Reaktoren, die mit Natrium gekühlt werden. Über den BN-800 und das Prinzip schneller Reaktoren hat ingenieur.de bereits berichtet.
Auch in den USA entsteht derzeit ein Versuchsreaktor mit Flüssigmetallkühlung. Beim Mikroreaktor MARVEL fließt eine Natrium-Kalium-Legierung durch den Primärkreislauf. BREST geht mit reinem Blei einen anderen Weg.
Warum überhaupt Blei?
Ein Vorteil zeigt sich beim Siedepunkt. Blei siedet erst bei etwa 1745 °C. Die Betriebstemperatur des Reaktors liegt weit darunter. Deshalb muss das Primärsystem nicht wie bei einem Druckwasserreaktor auf einen Druck von mehr als 150 bar gebracht werden. BREST arbeitet dort nahe Atmosphärendruck.
Auch gegenüber Natrium bietet Blei einen Vorteil: Natrium reagiert heftig mit Wasser und kann sich bei Kontakt mit Luft entzünden. Blei ist chemisch wesentlich weniger reaktiv. Dafür bringt es andere Probleme mit.
Unter 327 °C wird das Kühlmittel fest
Die wichtigste Temperaturgrenze liegt bei BREST nicht oben, sondern unten. Reines Blei schmilzt erst bei rund 327 °C. Kühlt das Primärsystem zu stark ab, beginnt das Metall zu erstarren. Rohrleitungen, Pumpen und andere Komponenten müssen deshalb auch bei abgeschaltetem Reaktor in einem geeigneten Temperaturbereich gehalten werden. Das kontrollierte Aufheizen und Abkühlen gehört zu den besonderen Anforderungen bleigekühlter Systeme.
Bei einer Blei-Bismut-Legierung wäre dieses Problem geringer: Das eutektische Gemisch schmilzt bereits bei etwa 125 °C. Solche Kühlmittel setzte die Sowjetunion unter anderem in Reaktoren von Atom-U-Booten ein.
Für BREST fiel die Wahl trotzdem auf reines Blei. Ein Grund liegt in der Aktivierung des Bismuts. Unter Neutronenbestrahlung kann daraus das stark radioaktive Polonium-210 entstehen. Bei reinem Blei fällt die Poloniumaktivität wesentlich geringer aus. Dafür müssen die Entwickler mit dem deutlich höheren Schmelzpunkt leben.
Heißes Blei greift Stahl an
Eine zweite Herausforderung steckt in den Werkstoffen. Flüssiges Blei kann bei hohen Temperaturen Bestandteile von Stahl herauslösen. Auf Dauer könnten dadurch Brennstabhüllen und andere Bauteile geschädigt werden.
Die Entwickler versuchen, dieses Problem unter anderem über den Sauerstoffgehalt im flüssigen Metall zu beherrschen. Bei geeigneter Konzentration bildet sich auf Stahloberflächen eine schützende Oxidschicht. Ist zu wenig Sauerstoff vorhanden, kann der Schutz verloren gehen. Zu hohe Konzentrationen können wiederum Ablagerungen fördern.
Dass diese Frage noch nicht abgehakt ist, zeigen aktuelle Versuche. Auf einer IAEA-Konferenz im Mai 2026 berichteten russische Forschende über eine Versuchsanlage, in der Werkstoffe für BREST-OD-300 und den geplanten größeren BR-1200 seit 2019 unter Neutronenbestrahlung in strömendem Blei untersucht werden.
Hinzu kommen ganz praktische Schwierigkeiten: Blei ist schwer und undurchsichtig. Komponenten im Kühlmittel lassen sich deshalb nicht einfach optisch kontrollieren. Inspektion, Wartung und Brennelementwechsel benötigen spezielle Verfahren.
Auch andere Entwickler beschäftigen sich inzwischen mit diesem Reaktortyp. So plant das schwedische Unternehmen Blykalla einen kleinen bleigekühlten Reaktor. ingenieur.de hat das SEALER-Konzept bereits vorgestellt.
Schnelle Neutronen verändern den Brennstoffkreislauf
Auch im Reaktorkern geht BREST einen anderen Weg als heutige Leichtwasserreaktoren. Dort bremst Wasser die bei der Kernspaltung frei werdenden Neutronen stark ab. Bei BREST fehlt dieser Moderator. Die Neutronen bleiben energiereich – daher die Bezeichnung schneller Reaktor.
Das verändert auch den Umgang mit dem Brennstoff. Ein Teil des Uran-238 kann durch Neutroneneinfang in spaltbares Plutonium umgewandelt werden. BREST ist so ausgelegt, dass der Bestand an spaltbarem Material möglichst stabil bleibt. In Projektunterlagen wird ein Brutverhältnis von etwa 1 bis 1,05 genannt. Rechnerisch entsteht damit ungefähr so viel neues spaltbares Material, wie der Reaktor verbraucht.
Ein Selbstläufer ist das trotzdem nicht. BREST kommt nicht ohne Brennstoffnachschub aus, und von einer beliebigen „Brennstoffproduktion“ kann keine Rede sein. Ob dieses Gleichgewicht über lange Betriebszeiten tatsächlich erreicht wird, muss der Reaktor erst im Betrieb zeigen.
Brennstoff aus Uran und Plutonium
Auch bei den Brennelementen setzt Russland auf eine ungewöhnliche Lösung. BREST soll mit einem dichten Misch-Nitridbrennstoff aus Uran und Plutonium betrieben werden, häufig MNUP genannt. Anders als beim bekannteren MOX-Brennstoff liegen Uran und Plutonium dabei nicht als Oxide, sondern als Nitride vor. Solche Brennstoffe besitzen unter anderem eine vergleichsweise hohe Wärmeleitfähigkeit und Schwermetalldichte.
Die zugehörige Brennstofffabrik in Seversk nahm Ende 2024 den Pilotbetrieb auf. Der entscheidende Punkt: Der geschlossene Brennstoffkreislauf funktioniert dort bislang noch nicht vollständig. Die Anlage fertigt bisher Prototypen mit abgereichertem Urannitrid. Für die Produktion des eigentlichen Uran-Plutonium-Brennstoffs muss die russische Atomaufsicht den Umgang mit Plutonium genehmigen. Vor der ersten Beladung des Reaktors sollen mehr als 200 entsprechende Brennelemente hergestellt werden.
Der abgebrannte Brennstoff soll wieder zurück
BREST ist nur ein Teil eines größeren Versuchskomplexes in Seversk. Dazu gehören drei Anlagen: die Brennstofffertigung, der Reaktor selbst und eine Anlage zur Wiederaufarbeitung des bestrahlten Brennstoffs.
Nach dem Einsatz im Reaktor sollen Uran und Plutonium aus dem Brennstoff zurückgewonnen und erneut zu Brennelementen verarbeitet werden. Rosatom spricht deshalb von einem geschlossenen Brennstoffkreislauf direkt am Standort. Noch ist das ein Ziel und kein laufender industrieller Prozess. Die Wiederaufarbeitungsanlage soll nach Angaben der World Nuclear Association ungefähr 2030 ihren Betrieb aufnehmen.
Damit verschwindet auch das Problem radioaktiver Abfälle nicht. Spaltprodukte und andere radioaktive Stoffe bleiben zurück und müssen behandelt und langfristig entsorgt werden. Ein geschlossener Kreislauf kann jedoch Uran und Plutonium stärker ausnutzen und die Zusammensetzung der verbleibenden hochradioaktiven Abfälle verändern.
Wie sicher ist das Konzept?
Rosatom stellt die Sicherheit von BREST stark heraus. Einige konstruktive Vorteile ergeben sich tatsächlich aus den physikalischen Eigenschaften des Kühlmittels: Der Primärkreislauf arbeitet bei niedrigem Druck, Blei hat einen sehr hohen Siedepunkt und reagiert weder mit Luft noch mit Wasser so heftig wie Natrium. Für schwere Störfälle sind zudem passive Systeme vorgesehen, bei denen die Nachwärme über natürliche Zirkulation des Bleis abgeführt werden soll.
Auf der IAEA-Konferenz zu schnellen Reaktoren im Mai 2026 präsentierten Entwickler des russischen Instituts NIKIET Berechnungen für mehrere Störfallszenarien. Selbst in den untersuchten schweren Fällen kam es den Simulationen zufolge weder zum Schmelzen des Brennstoffs noch zum Sieden des Bleis. Bei einem vollständigen Stromausfall zusammen mit dem Ausfall der mechanischen Abschaltung errechneten die Entwickler eine maximale Hüllrohrtemperatur von 903 °C.
Diese Ergebnisse sind jedoch Modellrechnungen des Reaktorentwicklers. Betriebserfahrung mit einem zivilen Leistungsreaktor, der reines Blei als Kühlmittel nutzt, gibt es bislang nicht.
Der ursprüngliche Zeitplan ist nicht mehr zu halten
BREST-OD-300 wird seit Juni 2021 gebaut. Ursprünglich war ein Start bereits für 2026 vorgesehen. Davon ist inzwischen keine Rede mehr. Die World Nuclear Association nennt aktuell 2028 als geplantes Inbetriebnahmejahr und schreibt zugleich, ein Betriebsbeginn werde nicht vor 2028 bis 2029 erwartet.
Im September begann die Betonierung des ungewöhnlichen Reaktorbehälters. Anders als bei einem klassischen Druckwasserreaktor handelt es sich um eine große Metall-Beton-Konstruktion. Mehr als 7000 m³ hitzebeständiger Beton sollen eingebracht werden; diese Arbeiten sind bis zum Winter 2027 vorgesehen. Die beiden 95-t-Separatoren im Maschinenhaus sind deshalb nur ein weiterer Schritt auf einem langen Weg.
Quellen
- World Nuclear News, 7. Oktober 2026: Key equipment installed in BREST-OD-300 turbine hall
- IAEA: Technische Daten zu BREST-OD-300 im ARIS-Reaktorkatalog
- IAEA, Fast Reactors Conference 2026: Safety Analysis of the BREST-OD-300 Reactor
- IAEA, Fast Reactors Conference 2026: Korrosionsversuche mit Werkstoffen in flüssigem Blei
- World Nuclear Association: Nuclear Power in Russia
- World Nuclear Association: Russia’s Nuclear Fuel Cycle
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