Nuklearreaktor auf dem Mond

Spezielle Brutreaktoren verwandeln U-238 oder Th-232 durch Neutronenbeschuss in Pu-239, bzw. U-233, die man als Kernbrennstoffe verwenden kann. Es handelt sich dabei allerdings um Reaktoren, die speziell für diesen Zweck gebaut werden und bei denen es nicht primär um die Energieerzeugung geht. Bei den existierenden Brutreaktoren gibt es aber auch immer noch technische Probleme.

https://de.wikipedia.org/wiki/Brutreaktor
dort findet sich auch eine Liste der bisher realisierten Projekte.

Was hier gemeint ist, ist die Erzeugung von Kernbrennstoffen aus "abgebranntem" Material, also aus "Atommüll". Das ist allerdings deutlich komplizierter, da das Material zunächst in einer Wiederaufbereitungsanlage getrennt werden muss, um gezielt bestimmte Isotope zu erzeugen, die dann mit Neutronen bestrahlt werden, um dann daraus in weiteren Schritten die gewünschten Isotope aufzukonzentrieren.

Es gibt in der EU derzeit nur eine WAA im französischen La Hague, die Anlage im britischen Sellafield ist nach diversen Störfällen mittlerweile abgeschaltet. La Hague kann den Betrieb nur deswegen aufrecht erhalten, weil sie  einen Teil der radioaktiven Reststoffe in die Umwelt abgeben, einerseits über einen hohen Schornstein mit "Naturabzug" ;-), andererseits über eine Pipeline ins Meer. Das ist beides auf dem Mond nicht machbar.

Ok, danke für die ausführliche Erklärung.
Was ein Brutreaktor ist, wusste ich grob, dass Cellerfield zu ist hatte ich gar nicht mitgekriegt. (Was für ein Glück dass Kalkar nie in Betrieb gegangen ist, 7 Mrd versemmelt, aber besser als so ein strahlendes Dauerproblem.)
Für mich war Transmutation bisher schlicht "Umwandlung eines Elements in ein anderes" (Alchemie für Fortgeschrittene), und vor allem zum Abbau von Atommüll zu harmloseren Stoffen im Gespräch. Deswegen kommte ich mir nicht vorstellen, was das auf dem Mond soll.

Die anderen Fragen sind noch offen und ich hoffe noch auf Antwort von MH-Space, der den Vorteil von Brutraktoren auf dem Mond gepriesen hat. Nur habe ich nicht verstanden, was er meint.

Falls Naturzug in der KKW Branche ein spezifisches Fachwort ist, bitte dies hier (in einem Raumfahrtforum) zu erklären.

Es hat eben nichts mit einem Kamin zu tun sondern nur, dass das Kühlmedium völlig passiv von selbst durch thermodynamische Prozesse zirkuliert. Es zirkuliert eben ganz natürlich, also ohne aktive Pumpen o.Ä..

@Mojschele, danke!
Zudem, "passive Zirkulation" (thermodynamisch aufgrund Dichteunterschieden und Schwerkraft) funktioniert im All gar nicht und auf dem Mond so schlecht, dass sie mEn auch nicht sinnvoll nutzbar ist.

Schwerkraft braucht es dafür überhaupt nicht sondern rein einen kalten und einen warmen Bereich im Zirkulationskreislauf, wodurch die Zirkulation entsteht. Also rein nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik.

Es gibt allerdings einen Vorteil ggü. der Erde: Man kann den radioaktiven Müll einfach in einen kleinen Krater schütten, mit ein bisschen Regolith als Schutz gegen Mikrometeorite bedecken und ein Warnschild aufstellen. So wie man es jetzt bei dem Endlager „Asse2“ machen wird (wobei man allerdings Salz statt Regolith verwendet). ;-)

Warum willst du radioaktives Material, also hochaktives Material, unbedingt in einer Krater schütten? Denn genau DAS entfällt ja bei einem Brutreaktor, der eben z.B. nicht nur das angereichterte U235 spalten kann sondern eben das gesamte restliche Natururan U238, indem es dieses zu Plutonium239 brütet und dann spaltet. Was alleine dabei am Ende "rauskommt" ist durch die wesentlich kürzeren Halbwertzeiten der verbleibenden Isotope schon um drei Größenordnungen kurzlebiger als das Material als normalen Leichtwasserreaktoren.

Und wie weiter oben schon beschrieben kann man auch dieses Material in einer nachgelagerten Neutronenbestrahlung noch weiter transmutieren, also in andere Isotope umwandeln, die dann stabil sind und somit nicht mehr strahlen, so dass sie wieder dem Wertstoffkreislauf in einer Mondbasis zugeführt werden können.

Bevor ich wieder Fachbegriffe falsch verstehe und mir das vorgeworfen wird, bitte ich um Erklärungen - wie Mojschele schrieb, dies ist ein Raumfahrtforum, daher dürfte wohl kaum jemand direkt etwas damit anfangen können:

Dann bitte ich aber im Gegenzug auch dich, dich mit deinen doch sehr abwertenden Kommentaren gegenüber der Nukleartechnik zurückzuhalten, wenn du die Zusammenhänge bzw. nuklearen Prozesse noch nicht ganz verstehst. Ist ein Geben und Nehmen...

Transmutation - macht das ein Brutreaktor nicht sowieso?

Das ist seine Hauptaufgabe, also bestimmte Isotope wie U238 durch Neutronenbestrahlung im Brutmantel im Außenbereich der Reaktorkerns zu Pu239 zu brüten, also umzuwandeln. Und dieses Pu239 kann dann in der sog. Spaltzone im Inneren des Reaktorkerns dann wieder klassische gespalten werden. Dadurch nutzt man den Kernbrennstoff um zwei Größenordnungen effizienter aus, was deutlich mehr erzeugten Strom und Wärme pro kg Brennstoff und damit längere Betriebsdauer ohne Nachfüllen bedeutet sowie deutlich geringere Gestehungskosten.

Zur besseren Veranschaulichung: Die abgebrannten Brennstäbe, die aus heutigen Leichtwasserreaktoren nach in der Regel 3 Jahren aus dem Reaktor genommen werden, enthalten noch ca. 96%(!) ihres ursprünglichen Energieinhalts, eben weil ja nur das angereicherte U235 dort gespalten wird, während das U238 unberührt bleibt. Ein Brutreaktor kann jedoch die gesamte Energie des Kernbrennstoffs freisetzen, eben weil er auch das U238 nutzen und daraus Strom und Wärme erzeugen kann. Dass dies wesentlich effizienter ist, liegt also ganz logisch auf der Hand.

Aber ein Brutreaktor kann bei entsprechender Partitionierung der restlichen Spaltprodukte und bestimmter Bestückung des Reaktorkerns eben noch mehr, eben auch die Transmutation der langlebigen Spaltprodukte wie v.a. Cäsium137 und Strontium90 durch Neutronenbestrahlung zu letztlich stabilen und damit nicht mehr strahlenden Isotopen, die dann wieder der Wertstoffkreislauf einer Mondbasis zugeführt werden können. Und besonders eine Mondbasis muss einen sehr effektiven und geschlossenen Wertstoffkreislauf haben.

Ein Beispiel: Cäsium137 (Halbwertszeit ca. 30 Jahre) fängt durch Neutronenbestrahlung ein Neutron ein und wird dann zu Cäsium138. Dieses zerfällt mit einer Halbwertszeit von lediglich 33,41 Minuten per Betazerfall zu Barium138, was stabil ist, also nicht radioaktiv strahlt. Man hat hier die Fausformel, dass nach der 10fachen Halbwertszeit dann praktisch keine Strahlung mehr übrig ist, so dass der Protess hier 33,41 Minuten x 10 = 334,1 Minuten oder knapp über 5,5 Stunden dauert, bis alles zu Barium138 geworden ist. Und dieses Barium kann dann wie gesagt wieder dem Wertstoffkreislauf zugeführt werden, z.B. als Bestandteil von Metalllegierungen.

Übrigens: Wenn ein Brutreaktor oder korrekter gesagt ein schneller Reaktor (wegen der schnellen Neutronen) mehr Plutonium erbrütet, als es danach spaltet, dann spricht man von einem sog. "Schnellen Brüter". Und wenn er mehr Plutonium spaltet als er erbrütet, ist es ein sog. "Schneller Brenner". Ersterer ist v.a. dafür da, um Plutonium als Starthilfe für weitere Reaktoren zu erzeugen. Und zweiterer ist v.a. zum Recyceln von "Atommüll" da. Ob ein schneller Reaktor als Brüter oder Brenner arbeitet, hängt von der Bestückung des Reaktorkerns ab. Für eine Mondbasis wäre ein Betrieb nahe am sog. "break even" wohl das Beste, also dass er ungefähr soviel Plutonium erbrütet als er anschließend spaltet.

Wie erzeuge ich mit einem Brutreaktor Düngemittel? Vor allem nichtstrahlende.

Nicht direkt mit dem Reaktor bzw. nicht in ihm sondern mit dem dabei effizient, günstig und jederzeit verfügbaren erzeugten Strom bzw. der Abwärme durch v.a. das Haber-Bosch-Verfahren, also die Synthese von Ammoniak aus Stickstoff und Wasserstoff.

Was genau ist "klassisches Plasmarecycling von Abfällen"?

Beim klassischen Plasmarecycling bzw. genauer gesagt die Plasmavergasung werden Abfälle durch eine superheiße Flamme (bis zu 17.000 °C) in Synthesegas und und eine sog. vitrifizierte (glasartige) Schlacke zerlegen, was die Rückgewinnung wertvoller Stoffe und Energie ermöglicht. Die organischen Bestandteile zerfallen also vollständig und das Synthesegas  (verschiedene Gasae) dient als Rohstoff für neue Produkte. Dieses Verfahren ist übrigens oxygenfrei, was eine vollständige Zersetzung ohne Verbrennung ermöglicht. Also sehr passend für eine Mondbasis, die sich möglichst autonom versorgen muss.

Bei der weitreichenderen Plasmavergasung mit Kerfusionsreaktoren per ultaheißer Flamme (jenseits der 100.000 °C) werden die Abfälle sogar gleich komplett in ihre Isotope zerlegt, die dann am Ende mit einer Art Massenspektrometer genau sortiert werden. Damit hätte man also am Ende den gesamten Abfall wirklich isotopenrein sortiert und kann diese dem Wertstoffkreislauf dann sogar noch gezielter zuführen. Unterschiedliche Isotope eines Elements können verschiedene chemische Eigenschaften haben.

Und warum kann das ein Brutreaktor besser als ein anderer Reaktortortyp oder eine ganz andere Energiequelle?

Weil ein Brutreaktor eben "brüten" kann, also wie gesagt durch Neutronenbeschuss Isotope in andere umwandeln kann, die dann wieder gespalten werden können. In meinem zweiten Absatz oben habe ich das bereits gut erklärt. Ein Brutreaktor ist also nicht nur effizenter und hat geringere Gestehungskosten als herkömmliche Leichtwasserreaktoren sondern kann durch seine Fähigkeit zur Transmutation durch Neutronenbeschuss eben auch das Problem der Endlagerung beseitigen, eben weil es bei entsprechender Transmutation der langlebigen Spaltprodukte nicht mehr gibt, was man auf Grund seiner langen Halbwertszeit lange lagern müsste.

Spezielle Brutreaktoren verwandeln U-238 oder Th-232 durch Neutronenbeschuss in Pu-239, bzw. U-233, die man als Kernbrennstoffe verwenden kann. Es handelt sich dabei allerdings um Reaktoren, die speziell für diesen Zweck gebaut werden und bei denen es nicht primär um die Energieerzeugung geht.

Achtung!!! Du vermischt hier zwei Dinge. Das was du meinst, ist ein reiner Brutreaktor der nur und nur eine Brutzone hat, um z.B. Pu239 für Kernwaffen herzustellen, also für rein militärische Zwecke. Das hat nichts mit einem kommerziellen Brutreaktor zu tun, der für die Strom- und Wärmeerzeugung genutzt wird. Das sind also zwei völlig verschiedene Paar Stiefel.

In kommerziellen Brutreaktoren wird wie gesagt im Brutmantel im Außenbereich des Reaktorkerns besagte Umwandlung, also Transmutation durch Neutronenbeschuss von z.B. U238 in Pu239 durchgeführt. Und dieses erzeugte spaltbare Pu239 wird dann in der Spaltzone im Innenbereich des Reaktorkerns dann ganz normal gespalten, wodurch Energie frei wird, die dann zur Stromerzeugung verwendet wird. Und dabei ist er sehr, sehr effizient.

Und - bitte nix für Ungut - aber verschone mich bitte mit ausgerechnet der deutschen Wikipedia zum Thema Kernenergie. Diese ist bei dem Thema alles, aber nicht neutral und sachlich. Ich beschäftige mich schon viele Jahre mit dem Thema Kernkraft und Kernphysik und weiß daher, wie schwer es ist im deutschsprachigen Raum an wirklich neutrale und sachliche Infos zu kommen. Genau dadurch haben auch so viele Leute ein teils großes Falschwissen und einen teils sehr veralteten Wissensstand zu dem Thema, weil die Informationen in Deutschland teils extrem ideologiegeladen sind.
Da muss man zwangsläufig in den englischsprachigen Sprachraum wechseln, weil das gesamte Thema dort wesentlich ideologiefreier und pragmatischer diskutiert und dokumentiert wird.

Wenn es aber in deutscher Sprache sein soll, dann kann ich die Nucleopedia sehr empfehlen. Das ist ein Wiki, allerdings mit wesentlich detaillierteren, neutraleren und sachlicheren Beschreibungen aller möglichen Teilbereich zum Thema Kernkraft. Und speziell zum Brutreaktor gibt es da einen guten Artikel: https://de.nucleopedia.org/wiki/Brutreaktor

Und nur ein Tipp: Wiederaufbereitung ist nicht gleich Wiederaufbereitung! Da gibt viele verschiedene Verfahren und aktuelle Neuerungen wie die fraktionierte Destillation/Rektifikation, die die nächsten 10-20 Jahre in den kommerziellen Einsatz gehen werden. Das Thema neue Reaktorkonzepte in verschiedenen Größen ist gerade sehr dynamisch.

Zitat von: Gecko. am 04. September 2025, 09:57:45

@Mojschele, danke!
Zudem, "passive Zirkulation" (thermodynamisch aufgrund Dichteunterschieden und Schwerkraft) funktioniert im All gar nicht und auf dem Mond so schlecht, dass sie mEn auch nicht sinnvoll nutzbar ist.

Schwerkraft braucht es dafür überhaupt nicht sondern rein einen kalten und einen warmen Bereich im Zirkulationskreislauf, wodurch die Zirkulation entsteht. Also rein nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik.

Von Atomkraft mag ich wenig verstehen, aber dass der 2. Hauptsatz keine Zirkulation ermöglicht, sondern nur allgemein einen (vergleichsweise langsamen) Temperaturausgleich von warm nach kalt, soviel Physik bekomme ich noch zusammen. Für Zirkulation braucht man einen gerichteten Druckunterschied und damit eine äußere Wirkung wie z.B. Schwerkraft, die unterschiedlich auf warme und kalte Bereich einwirkt. Hat man den nicht, braucht man eine Pumpe oder viel Zeit.

Von Atomkraft mag ich wenig verstehen, aber dass der 2. Hauptsatz keine Zirkulation ermöglicht, sondern nur allgemein einen (vergleichsweise langsamen) Temperaturausgleich von warm nach kalt, soviel Physik bekomme ich noch zusammen. Für Zirkulation braucht man einen gerichteten Druckunterschied und damit eine äußere Wirkung wie z.B. Schwerkraft, die unterschiedlich auf warme und kalte Bereich einwirkt. Hat man den nicht, braucht man eine Pumpe oder viel Zeit.

Dann ist, bei allem Respekt, dein Verständnis der Physik hier falsch - v.a. von Ursache und Wirkung. Denn der besagte Druckunterschied ergibt sich ja erst durch das völlig passive Fließen der Energie von Warm aus dem Reaktor zu Kalt zu den Kühlungsplatten gemäß eben des zweitens Hauptsatzes der Thermodynamik. Und dieser läuftg sogar vergleichsweise rasch. Bitte hier nicht den von der Schwerkraft abhängigen sog. "Schweredruck" mit dem rein allgemeinen, physikalischen "Druck" verwechseln. Denn um Ersteren geht es hier garnicht sondern um Zweiteren.

Zitat von: Gecko. am 05. September 2025, 10:05:07

Von Atomkraft mag ich wenig verstehen, aber dass der 2. Hauptsatz keine Zirkulation ermöglicht, sondern nur allgemein einen (vergleichsweise langsamen) Temperaturausgleich von warm nach kalt, soviel Physik bekomme ich noch zusammen. Für Zirkulation braucht man einen gerichteten Druckunterschied und damit eine äußere Wirkung wie z.B. Schwerkraft, die unterschiedlich auf warme und kalte Bereich einwirkt. Hat man den nicht, braucht man eine Pumpe oder viel Zeit.

Dann ist, bei allem Respekt, dein Verständnis der Physik hier falsch - v.a. von Ursache und Wirkung. Denn der besagte Druckunterschied ergibt sich ja erst durch das völlig passive Fließen der Energie von Warm aus dem Reaktor zu Kalt zu den Kühlungsplatten gemäß eben des zweitens Hauptsatzes der Thermodynamik. Und dieser läuftg sogar vergleichsweise rasch. Bitte hier nicht den von der Schwerkraft abhängigen sog. "Schweredruck" mit dem rein allgemeinen, physikalischen "Druck" verwechseln. Denn um Ersteren geht es hier garnicht sondern um Zweiteren.

Stimmt alles, aber ergibt eben keine "Zirkulation", was zwangsläufig dem Namen nach eine Kreisbewegung ist. Hier bewegt sich erstmal nur die Wärme (2. Hauptsatz), nicht das Kühlmittel (von Massentransport sagt der 2. Hauptsatz nichts).
Bildlich gesprochen: Wenn du einen Kühlkreis baust, muss das Kühlmittel ja "wissen", ob es links oder rechts rum fließen soll. Wenn es nur einen identischen Temperaturunterschied bzw. Druck auf beiden Seiten gibt, passiert materiell gar nichts.
Es mag also Wärmetransport geben, das ist aber eben keine Zirkulation und damit ziemlich langsam und ineffektiv.
Vielleicht reicht das für einen Reaktor, keine Ahnung, aber du sprachst ja von einem "Zirkulationskreislauf".

Stimmt alles, aber ergibt eben keine "Zirkulation", was zwangsläufig dem Namen nach eine Kreisbewegung ist. Hier bewegt sich erstmal nur die Wärme (2. Hauptsatz), nicht das Kühlmittel (von Massentransport sagt das 2. Haptsatz nichts).
Bildlich gesprochen: Wenn du einen Kühlkreis baust, muss das Kühlmittel ja "wissen", ob es links oder rechts rum fließen soll. Wenn es nur einen identischen Temperaturunterschied bzw. Druck auf beiden Seiten gibt, passiert gar nichts.
Es mag also Wärmetransport geben, das ist aber eben keine Zirkulation und damit ziemlich langsam und ineffektiv. Vielleicht reicht das für einen Reaktor, keine Ahnung, aber du sprachst ja von einen "Zirkulationskreislauf".

Nochmal: Eben durch diesen Druckunterschied durch den Energiefluss von Warm zu Kalt fließt das Kühlmittel natürlich den gleichen Weg mit, wodurch sich bessagte Zirkulation ergibt - alles ganz normale Thermodynamik bzw. Grundbegriffe der Physik und ich wundere mich sehr, dass du das anzweifelst. Und wenn das nicht so wäre, also nicht für einen Reaktor reichen würde, dann würde es die NASA bestimmt nicht entwickeln, oder?

Akzeptiere es einfach, dass du hier ein Fehldenken hast und die Physik so ist, wie sie ist.

Zitat von: Gecko. am 05. September 2025, 11:44:03

Stimmt alles, aber ergibt eben keine "Zirkulation", was zwangsläufig dem Namen nach eine Kreisbewegung ist. Hier bewegt sich erstmal nur die Wärme (2. Hauptsatz), nicht das Kühlmittel (von Massentransport sagt das 2. Hauptsatz nichts).
Bildlich gesprochen: Wenn du einen Kühlkreis baust, muss das Kühlmittel ja "wissen", ob es links oder rechts rum fließen soll. Wenn es nur einen identischen Temperaturunterschied bzw. Druck auf beiden Seiten gibt, passiert gar nichts.
Es mag also Wärmetransport geben, das ist aber eben keine Zirkulation und damit ziemlich langsam und ineffektiv. Vielleicht reicht das für einen Reaktor, keine Ahnung, aber du sprachst ja von einen "Zirkulationskreislauf".

Nochmal: Eben durch diesen Druckunterschied durch den Energiefluss von Warm zu Kalt fließt das Kühlmittel natürlich den gleichen Weg mit, wodurch sich bessagte Zirkulation ergibt - alles ganz normale Thermodynamik bzw. Grundbegriffe der Physik und ich wundere mich sehr, dass du das anzweifelst. Und wenn das nicht so wäre, also nicht für einen Reaktor reichen würde, dann würde es die NASA bestimmt nicht entwickeln, oder?

Akzeptiere es einfach, dass du hier ein Fehldenken hast und die Physik so ist, wie sie ist.

Nein, akzeptiere ich nicht. ich habe (auch?) Physik studiert.
Thermodynamik hatte ich aber schon im Leistungskurs.
Ich fürchte, entweder Du hast mich, absichtlich oder nicht, missverstanden oder aber dir fehlt dieses Grundverständnis.

Nochmals: Du willst Zirkulation; dein erster Begriff, an dem die Frage sich aufgehängt hat, war "Zirkulationskreislauf" (ein Pleonasmus).

Ich sage, das geht ohne Schwerkraft oder Pumpen nicht. Du widersprichst und hast es mit dem 2. Hauptsatz begründet. Was keinen Sinn macht, denn der beschäftigt sich mit Wärmefluss, nicht mit zirkulierender Materie. Bitte nachlesen. Hier stimmte schon die Argumentation nicht, ganz offenbar hast Du hier den ersten Gedankenfehler:

Wärmetransport durch Zirkulation nennt sich definitionsgemäß Konvektion. Die kann man erreichen über freie oder erwungene Konvektion.

Zitat: "Bei freier Konvektion strömt ein Fluid aufgrund von Druckunterschieden (statischer Auftrieb) die durch ein Schwerkraftfeld hervorgerufen werden. Wenn es dabei zu einem geschlossenen Kreislauf kommt, spricht man von Schwerkraftzirkulation oder Kamineffekt" (Da isser wieder)

Zitat: "Erzwungene Konvektion wird hervorgerufen durch äußere mechanische Einwirkung auf ein Fluid. Dadurch entstehen Druckunterschiede, welche ein Fließen des Fluids bewirken, beispielsweise durch Pumpen".

Eine andere Konvektion gibt es nicht.

Wärmetransport ohne Zirkulation geht über Strahlung oder Wärmetransport entsprechend 2. Hauptsatz (Entropie). Dann ist aber natürlich kein Materietransport dabei, aber du wolltest ja ausdrücklich Zirkulation, kommt also nicht in Frage.

Ein simpler Druckunterschied bewegt Materie nur kurz von A nach B, aber nicht zurück. Der ist ja einseitig gerichtet. Statische Thermodynamik.
Letzlich gibt es einen schnellen Druckausgleich - überall im System der gleiche Druck bei unterschiedlichen Temperaturen - aber es gibt keine Kraft, die die Materie zurücktreibt.
Jedenfalls nicht ohne eine gerichtete äußere Komponente wie Schwerkraft, die über die Dichte einen Auftrieb erzeugt. Ohne einen Gradienten "weiß" die Materie nicht, wieherum sie durch den Kreislauf fließen soll.

Kurz gesagt:
Dauerhafte selbstinduzierte Materie-Kreisbewegung nur durch Wärme- oder Druckunterschiede gibt es nicht.

So, nun haben wir den armen mitlesenden Raumfahrt-Interessierten genug Physik um die Ohren gehauen; ich finde, das geht hier zu weit in die Tiefe.

>Und wenn das nicht so wäre, also nicht für einen Reaktor reichen würde, dann würde es die NASA bestimmt nicht entwickeln, oder?<
Wo bitte steht, dass die Nasa einen "Brutreaktor" mit "Zirkulationskühlung" entwickelt!? Um den geht es Dir hier doch. Quelle, bitte!
Der wahrscheinlichste Reaktor wäre, wie zuvor diskutiert, ein Schmelzsalzreaktor, der ist kein Brüter, braucht gar keine (aktive) Kühlung, da reichen Radiatoren, und ist zudem druckfrei.

Hallo MH-Space,

ich verzichte mal auf persönliche Unterstellungen.

1. In dem von dir zitierten Nucleopedia-Artikel heißt es:
"Allerdings sind Brutreaktoren gegenwärtig wesentlich teurer als gängige Leichtwasserreaktoren und ihr sinnvoller Betrieb erfordert eine ebenfalls mit hohen Kosten verbundene Wiederaufbereitung sodass sie nicht unbedingt wirtschaftlicher sind als solche." (Unterstreichung von mir)

Das gilt für die Erde, wo beispielsweise die Erzeugung von bombenfähigem Plutonium ein wichtiger Faktor ist. Eine komplette Brutindustrie auf dem Mond zu installieren ist natürlich sinnlos, es ist wesentlich effektiver, die Brennelemente auf der Erde zu produzieren und sie dann zum lunaren Kleinreaktor zu transportieren.

2. Die "Entsorgung" von Atommüll mittels Neutronenbestrahlung funktioniert im Labor, eine Übertragung auf einen großindustriellen Maßstab ist überhaupt nicht absehbar. Man kann halt nicht einfach die gebrauchten Brennelemente bestrahlen, sondern muss vorher das Inventar nach Isotopen trennen (WAA, s. o.).

Diese Art der "Entsorgung" wird immer wieder gerne von interessierter Seite ins Spiel gebracht, da es bisher, außer in Finnland, kein geologisch sicheres Endlager gibt und sich auch in den nächsten Jahrzehnten daran kaum etwas ändern wird.

@rok, Deinen Ausführungen stimme ich 100% zu. So schätze ich das auch ein.
Ich habe nun nochmal den langen Beitrag von MH-Space zu Brutreaktoren gelesen. Da ich nicht weiß, ob er momentan mitliest - auf die Sache mit der Zirkulation gab es ja auch keine Antwort mehr -, vielleicht hast auch du ja Hintergrundwissen, um das Folgende einzuschätzen:

Zitat von: Gecko. am 04. September 2025, 14:59:52

Bevor ich wieder Fachbegriffe falsch verstehe und mir das vorgeworfen wird, bitte ich um Erklärungen - wie Mojschele schrieb, dies ist ein Raumfahrtforum, daher dürfte wohl kaum jemand direkt etwas damit anfangen können:

Dann bitte ich aber im Gegenzug auch dich, dich mit deinen doch sehr abwertenden Kommentaren gegenüber der Nukleartechnik zurückzuhalten, wenn du die Zusammenhänge bzw. nuklearen Prozesse noch nicht ganz verstehst. Ist ein Geben und Nehmen...

Ich stehe der Atomenergie kritisch gegenüber; das ist meine Meinung und die werde ich auch weiterhin äußern. Das ist nicht abwertend, nur kritisch. Wenn Du das persönlich nimmst, tut mir das leid. Aber das eine ist eine sachliche Ebene, das andere nicht. Bitte halte das auseinander.

Vielen Dank für die sehr ausführlichen Erklärungen zu Brutreaktoren. Das war schon deutlich mehr als ich ursprünglich wissen wollte, aber sehr interessant. Allerdings habe ich den Eindruck, wir reden etwas aneinander vorbei; ich wollte nur ein paar Verständnisprobleme hinterfragen, warum ein Brutreaktor gegenüber allen anderen Möglichkeiten in deinen Augen einen so großen Vorteil haben sollte, und das ist noch nicht so recht geklärt.
Ich gehe daher im Folgenden nochmal drauf ein und freue mich über Klarstellungen.

Zitat von: Gecko. am 04. September 2025, 14:59:52

Transmutation - macht das ein Brutreaktor nicht sowieso?

Das ist seine Hauptaufgabe, also bestimmte Isotope wie U238 durch Neutronenbestrahlung im Brutmantel ....

Ok, dann meintest du offenbar mit "Möglichkeit zur Transmutation" eigentlich "Möglichkeit für spezielle Transmutationen über die ohnehin stattfindenden hinaus".

Aber ein Brutreaktor kann ... auch die Transmutation der langlebigen Spaltprodukte wie v.a. Cäsium137 und Strontium90 durch Neutronenbestrahlung zu letztlich stabilen und damit nicht mehr strahlenden Isotopen, die dann wieder der Wertstoffkreislauf einer Mondbasis zugeführt werden können. Und besonders eine Mondbasis muss einen sehr effektiven und geschlossenen Wertstoffkreislauf haben.

Meinem Verständnis nach ja. Aber aus dem strahlenden Gemisch, das so ein Reaktor erzeugt, hochreine nichtstrahlende "Wertstoffe" zur Verwendung in der Basis zu gewinnen, erfordert einen immens hohen Aufwand an komplizierten Reinigungsschritten und großtechnische Anlagen. Das geht schon auf der Erde kaum und dürfte auf dem Mond auf Jahrzehnte hinaus unmöglich und wahrscheinlich auch völlig ineffizient sein. Ein Brutreaktor ist ja kein Replikator, der auf Zuruf eine verwendbare Substanz herstellt. Mit weit weniger Aufwand gewinnt man Rohstoffe auf anderem Wege, auch und gerade wenn man so viel Energie zur Verfügung hat.

Zitat von: Gecko. am 04. September 2025, 14:59:52

Wie erzeuge ich mit einem Brutreaktor Düngemittel? Vor allem nichtstrahlende.

Nicht direkt mit dem Reaktor bzw. nicht in ihm sondern mit dem dabei effizient, günstig und jederzeit verfügbaren erzeugten Strom

Das ist nun aber kein prinzipieller Vorteil des Brutreaktors gegenüber anderen Reaktoren oder Solar. Ich dachte, darum ginge es dir.

Ich sehe auch auf absehbare Zeit keinen Bedarf an zusätzlich chemisch gewonnenen Düngemitteln auf dem Mond. Eben weil eine autarke Station alles recyceln muss, werden auch alle organische Stoffe wiederverwendet, und die ergeben billiger und einfacher Dünger. Dünger ist mehr als Sticksoff, und selbst den könnten Leguminosen und einige Bakterien ohnehin problemlos aus Luftstickstoff gewinnen. Haber-Bosch wird wohl kaum benötigt, aber selbst wenn, dafür wäre genug Energie da auch ohne Reaktor.

Zitat von: Gecko. am 04. September 2025, 14:59:52

Was genau ist "klassisches Plasmarecycling von Abfällen"?

Beim klassischen Plasmarecycling bzw. genauer gesagt die Plasmavergasung werden Abfälle durch eine superheiße Flamme (bis zu 17.000 °C) in Synthesegas ... Die organischen Bestandteile zerfallen also vollständig und das Synthesegas  (verschiedene Gasae) dient als Rohstoff für neue Produkte.

Also auch hier kein prinzipieller Vorteil eines Brutreaktors.
Und bedingt erneut eine großtechnische Anlage; im Prinzip eine ganze Raffinerie bzw. Chemiefabrik, die für eine Mondbasis sehr lange nicht in Reichweite sein dürfte.
Ist ja auch streng genommen kein Recycling, sondern radikales Downcycling bis zu einfachsten Molekülen, die dann erst wieder der Synthese zugeführt werden müssen. Extrem aufwendig.

Zitat von: Gecko. am 04. September 2025, 14:59:52

Und warum kann das ein Brutreaktor besser als ein anderer Reaktortortyp oder eine ganz andere Energiequelle?

Ein Brutreaktor ist also nicht nur effizenter und hat geringere Gestehungskosten als herkömmliche Leichtwasserreaktoren sondern kann durch seine Fähigkeit zur Transmutation durch Neutronenbeschuss eben auch das Problem der Endlagerung beseitigen, eben weil es bei entsprechender Transmutation der langlebigen Spaltprodukte nicht mehr gibt, was man auf Grund seiner langen Halbwertszeit lange lagern müsste.

Ob er effizienter und billiger ist, erst recht als Mondreaktor, dürfte mangels Erfahrungswerten nicht raus sein, und ich würde es auch bezweifeln.
Auch die besten Transmutations-Ideen, die es für irdische Anwendungen gibt, sind nie völlig abfallfrei. Nichts davon ist bisher technisch demonstriert oder auch nur ansatzweise kurzfristig machbar. Die vorgeschlagenen Anlagen auf der Erde sind mWn alle mindestens in der Größe eines klassischen AKWs, alles andere als wartungsfrei und nicht ohne zig weitere externe Anlagen und hohen logistischen Aufwand zu betreiben. Wie soll man das in ein paar Container verpacken und zum Mond bekommen, vom Aufbau ganz abgesehen?

Als ultrakompakter Minireaktor für den Transport zum und Betrieb auf dem Mond ist sowas sicher noch über Jahrzehnte völlig illusorisch.

Letztlich bestätigt mich das nur darin, dass ein hypothetischer Brutreaktor auf dem Mond für eine der ersten Stationen wenig bis keine Vorteile besitzt, die nicht anders und mit deutlich weniger Aufwand erreicht werden könnten.

Wenn überhaupt: ein Schmelzsalzreaktor, der ist kompakt, wartungsfrei, ohne aktive Kühlung und druckfrei. Besser: gar kein Reaktor.

Noch besser, gar keiner, denn Kernkraft durch Spaltung ist nur "Dampfmaschine mit Radioaktivität". Ich hoffe, wir überwinden das.

Zum Tabuthema Kernenergie in Deutschland werde ich nichts mehr sagen.
Wenn wir weiter raus wollen brauchen wir das. Und natürlich Fusion. (Die ja in D z. T. auch bekämpft wird.)
Die riesige Mehrheit der Länder, die das anders sehen, werden es schon richten für die Zukunft.

Zum Tabuthema Kernenergie in Deutschland werde ich nichts mehr sagen.
Wenn wir weiter raus wollen brauchen wir das. Und natürlich Fusion. (Die ja in D z. T. auch bekämpft wird.)
Die riesige Mehrheit der Länder, die das anders sehen, werden es schon richten für die Zukunft.

Warum sollte das "Tabu" sein? Wird doch ganz im Gegenteil munter diskutiert.
Wofür wir Kernspaltung in der Raumfahrt unbedingt brauchen erschließt sich mir nicht.
Kernfusion ist ein völlig anderes Thema, da völlig andere Technik. Die physikalisch eher unterbemittelte Öffentlichkeit inkl. vieler Journalisten wirft das alles in einen Topf, und die schlechte Reputation der Spaltungs-AKWs färbt leider ab, aber wenigstens wir hier sollten es auseinanderhalten.

Um das Thema nicht ins OT abdriften zu lassen, eine (für mich) abschließende persönliche Bemerkung:

Ich beschäftige mich seit ca. 55 Jahren (Physik-Nf.) privat und beruflich (Asse-2, Gorleben) mit der Energieerzeugung aus AKWs und deren Folgen. Ich habe dabei etliche unfassbare Schweinereien seitens der Betreiber, bzw. ihrer Interessenvertreter erlebt, so dass ich den immer wieder erhobenen Vorwurf von Unwahrheiten und einer Ideologisierung des Themas, eindeutig gegen die Lobbyisten der irdischen Kernenergie richte.

Danke dir, Rok, für die Bemerkung, die meine Eindrücke nur bestätigt.
Hoffe, MH-Space antwortet nochmals auf die Rückfragen.

Unterschiedliche Isotope eines Elements können verschiedene chemische Eigenschaften haben.

Kaum. Wasserstoffisotope haben noch den größten Unterschied. Bei höheren Ordnungszahlen werden die relativen Unterschiede immer geringer. Wobei die Unterschiede eigentlich eher physikalisch durch die unterschiedliche Masse sind. Chemisch laufen die Reaktionen der Isotope eigentlich gleich ab. Den Elektronen sind ja die Anzahl Neutronen im Kern ziemlich powidl.

Jeff Foust befaßt sich in einem Artikel über die programmatischen Aspekte zum Vorhaben vor dem Hintergrund der Beendigung des NASA/DARPA Draco Projekts (nuklear-thermischer Antrieb).

Die NASA würde das als kommerzielles Space Act Agreement ausschreiben, dh. nicht selbst betreiben wollen, sondern gewissermaßen nur den Strom auf dem Mond einkaufen. Wobei die NASA nicht ausschließlich als Kunde auftreten will und Firmen ein Business Konzept mit anderen Kunden vorlegen soll.

Allerdings prüft man, ob die NASA nicht den Transport zum Mond beistellen würde, da das ein ganz wesentlicher Aufwandsanteil wäre und Entwickler von diesem Punkt entlastet wären.

https://www.thespacereview.com/article/5065/1

Wenn man eine große Station ermöglichen will, widerspricht es der Annahme, dass es nur eine Mondlandung geben soll und das eigentliche Ziel der Mars werden wird. Kann natürlich sein, dass der Reaktor auch für die Mars-Exploration sinnvoll wäre.

...
Wenn man eine große Station ermöglichen will, widerspricht es der Annahme, dass es nur eine Mondlandung geben soll und das eigentliche Ziel der Mars werden wird. Kann natürlich sein, dass der Reaktor auch für die Mars-Exploration sinnvoll wäre.

Verstehe ich jetzt nicht ganz!
Soweit ich es sehe, nimmt schon seit Jahren Niemand an, daß dies nur eine einzige Mondlandung mit "flag and footprints" sein soll.
Der Plan ist doch eindeutig da auf dem Mond eine wachsende bemannte Station zu errichten und entweder relativ kurz darauf (NASA) oder parallel dazu (SX/E.M.) zum Mars zu fliegen.
Die Entwicklung eines entsprechenden Nuklearreaktors ist überfällig und natürlich nicht nur für den Mond wichtig! Und auch dieser wird "wachsen"! Diese 100 kW sind doch nur der erste Schritt und für eine etwas grössere Station eh nicht ausreichend!

Zitat von: tomtom am 24. September 2025, 22:33:32

...
Wenn man eine große Station ermöglichen will, widerspricht es der Annahme, dass es nur eine Mondlandung geben soll und das eigentliche Ziel der Mars werden wird. Kann natürlich sein, dass der Reaktor auch für die Mars-Exploration sinnvoll wäre.

Verstehe ich jetzt nicht ganz!
Soweit ich es sehe, nimmt schon seit Jahren Niemand an, daß dies nur eine einzige Mondlandung mit "flag and footprints" sein soll.
Der Plan ist doch eindeutig da auf dem Mond eine wachsende bemannte Station zu errichten und entweder relativ kurz darauf (NASA) oder parallel dazu (SX/E.M.) zum Mars zu fliegen.
Die Entwicklung eines entsprechenden Nuklearreaktors ist überfällig und natürlich nicht nur für den Mond wichtig! Und auch dieser wird "wachsen"! Diese 100 kW sind doch nur der erste Schritt und für eine etwas grössere Station eh nicht ausreichend!

Hallo Alepu,
genau so wird es gehen, so wie es von dir soeben beschrieben wurde :-)
Ich denke auch so, step by step und immer dran bleiben.
LG. Kalle

Verstehe ich jetzt nicht ganz!
Soweit ich es sehe, nimmt schon seit Jahren Niemand an, daß dies nur eine einzige Mondlandung mit "flag and footprints" sein soll.
Der Plan ist doch eindeutig da auf dem Mond eine wachsende bemannte Station zu errichten und entweder relativ kurz darauf (NASA) oder parallel dazu (SX/E.M.) zum Mars zu fliegen.

Wäre natürlich sehr traurig, wenn dies jetzt nur ein lauwarmer Aufwasch von Apollo würde, aber muß ja nicht so kommen.

Da seh ich schon einen gewissen Widerspruch. Ich weiß, Du siehst es optimistisch und siehst dennoch eine (kommerzielle) Mondstation, aber mir fehlt da aktuell die Quelle. Der Trump/NASA Request geht nur bis Artemis III, streicht SLS/Orion/Gateway/ISS, nimmt einen Schwerpunkt auf weitere Exploration, aber ohne wirkliches Konzept. Einziges Element der aktuellen NASA-Führung ist derzeit dieser Nuklearreaktor.

Wenn man erstmal das Starship hat, braucht man Nichts anderes mehr!
Und weil es für die nächste Mondlandung/Artemis-3 eh unabdingbar ist (falls man nicht auf BO warten will), hat man es nach Artemis-3 sowieso.
Also ist SLS/Orion/Gateway nach Artemis-3 eh obsolet. Und das wissen inzwischen sogar die Politiker!
Aber keine Angst, zumindest Artemis-4 und -5 werden sie schon noch dranhängen, denn Politiker denken und handeln nun mal nach ihrer eigenen Logik.
Und vorläufig haben die Zweifler ja auch noch gute Argumente, denn das Starship ist noch weit entfernt von "fertig" und SLS/Orion fliegt halt schon, wenn auch mit viel "wenn und aber".

.... Einziges Element der aktuellen NASA-Führung ist derzeit dieser Nuklearreaktor

Na, ganz so ist es nun auch wieder nicht.
Da gab und gibt es nach wie vor auch andere "Elemente".
So z.B. die bemannbaren Rover unterschiedlicher Größen. Und auch verschiedene Habitat-Konzepte sind im Gespräch.
Davon abgesehen wissen wir sicher nicht alles was da so im einzelnen geplant ist!