In den Anfangszeiten der Kernenergienutzung vermutete man sehr begrenzte Vorräte an Uran. Da zudem ein Großteil des Urans, nämlich 99,3 %, nicht als Brennstoff nutzbar ist. Um dieses nutzbar zu machen, wurde der Brutreaktor entwickelt. Dabei verwandelt sich Uran-238 durch Neutroneneinfang in das leicht spaltbare Plutonium, es wird Plutonium „erbrütet“.

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Brutreaktoren

Ein Moderator, wie bei anderen Reaktortypen, wird dabei nicht benötigt. Der Brutreaktor könnte den Vorrat an spaltbarem Material um den Faktor 100 erweitern.

Im Gegensatz zu allen anderen Reaktortypen wird im Brutreaktor bei jeder Kernspaltung im Mittel mehr als ein weiterer nicht spaltbarer Atomkern in einen spaltbaren umgewandelt. Die Rate dafür liegt bei etwa 1,1 bis 1,2. In einem Druckwasserreaktor liegt dieser Wert typischwerweise bei ca. 0,55.

Ist ein Brutreaktor beladen, so wird also mehr Brennstoff erbrütet, als für den Eigenbedarf notwendig ist. Der zusätzliche Brennstoff muss durch Wiederaufbereitung der Brennelemente extrahiert und zu neuen Brennstäben verarbeitet werden.

Damit die Kernbrennstoffe erbrütet werden können, ist ein Kühlmittel nötig, das eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, jedoch nur eine vernachlässigbar kleine Neutronenabsorption besitzt.

Ein Stoff mit diesen Eigenschaften ist Natrium, das im  Temperaturbereich von einigen 100°C flüssig ist. Natrium reagiert explosionsartig mit Wasser und brennt damit auch an der Umgebungsluft, die immer eine gewisse Feuchte besitzt.
Dieser Umstand macht den Betrieb von Brutreaktoren sehr gefährlich und er erfordert noch höhere Sicherheitsanstrengungen, als dies normale Kernreaktoren benötigen.