In einem Hochtemperaturreaktor geht es heiß her: Während in einem Leichtwasserreaktor Temperaturen von rund 350 °C herrschen, kann die Temperatur in einem Hochtemperaturreaktor leicht das Doppelte erreichen!

Hochtemperaturreaktoren wurden bislang in Deutschland nur zu Testzwecken gebaut; einer der Versuchsreaktoren wurde in Hamm 1985 in Betrieb genommen, aber 1989 aus wirtschaftlichen Gründen stillgelegt. Sowohl in Südafrika als auch in China gibt es Ansätze zur kommerziellen Nutzung von Hochtemperaturreaktoren und zum Bau von Demonstrationsanlagen.

Der Thorium-Hochtemperaturreaktor bei Hamm enthielt statt der Brennstäbe wie in Leichtwasserreaktoren rund 360.000 „Brennelementkugeln”. In diesen Kugeln wurden der Spaltstoff und der Moderator zusammengepackt. Zusätzlich kamen in den Reaktor auch etwa 280.000 Kugeln aus Graphit (zusätzlicher Moderator) sowie rund 35.000 Kugeln, die Bor enthielten und Neutronen absorbierten. Gekühlt wurde der Reaktorkern durch Heliumgas, das seine Wärme an Wasser abgab, wobei Dampf für Turbinen entstand.

Wie in einem Kohlenofen wurden während des Betriebs dauernd neue Brennelementkugeln nachgeliefert und verbrauchte Kugeln entnommen.

Die Graphitumgebung schluckte Neutronen. Ein Schirm aus Eisen und die Betonhülle schirmten die Umwelt vor der Gammastrahlung aus dem Reaktor ab.

Im Thorium-Hochtemperaturreaktor von Hamm befanden sich drei Sorten von Kugeln: Graphitkugeln, die als Moderator wirkten, borhaltige Kugeln, die Neutronen abfingen und die eigentlichen Brennelement-Kugeln (Bild). Diese setzten sich aus winzigen Kügelchen aus Urandioxid und Thoriumdioxid und Kohlenstoff zusammen, die etwa einen halben Millimeter maßen. 35.000 dieser Kügelchen wurden zusammen mit Graphit zu einer sechs Zentimeter großen Kugel, der Brennelementkugel, gepresst.

Warum packte man wohl Thorium 232 mit in die Brennelement-Kugeln? Mit Hilfe der Neutronen, die bei der Kernspaltung frei werden, „brütet” der Hochtemperaturreaktor das Thorium 232 zu Uran 233 aus – und dieses U 233 kann ebenso wie U 235 durch thermische Neutronen gespalten werden. Der Reaktor stellt also im Laufe der Zeit neuen Kernbrennstoff her.

Die Kettenreaktion sieht so aus:

Th 232 + n -> Th 233 -> Pa 233 + e^- -> U 233 + e^-