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Technology Review

Transmutation soll Atommüll entschärfen

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Im belgischen Mol läuft seit Ende 2011 ein Experiment, von dessen Ausgang abhängt, ob in Europa der erste Transmutationsreaktor der Welt gebaut wird. Die ersten Ergebnisse sind viel versprechend, berichtet Technology Review in seiner aktuellen Ausgabe (seit kurzem am Kiosk oder portokostenfrei direkt im heise Shop erhältlich).

Bei der Transmutation wird hochradioaktiver Abfall mit schnellen Neutronen beschossen. Dabei werden hochradioaktive Abfallstoffe, die eigentlich mindestens 10.000 Jahre sicher von der Umwelt isoliert werden müssten in harmlosere Elemente umgewandelt. Bereits nach wenigen Hundert Jahren wäre die Strahlung so weit abgeklungen, dass der Abfall als weitgehend ungefährlich gelten könnte.

Aus einer Tonne Atombrennstoff werden, nach etwa vier Jahren in einem Druck- oder Siedewasserreaktor, im Schnitt 935 Kilogramm Uran – 99 Prozent davon Uran 238 – und rund zwölf Kilogramm Plutonium. Neben dem langlebigen und hochradioaktiven Plutonium enthält der abgebrannte Kernbrennstoff auch die besonders problematischen Stoffe Neptunium, Americium und Curium sowie 50 Kilogramm Spaltprodukte – von denen 3,5 Kilogramm extrem langlebig sind. Nahezu alle dieser problematischen Stoffe lassen sich mit den schnellen Neutronen spalten.

In einem kritischen Reaktor kann man jedoch den Anteil an Americium, Curium und Neptunium nicht höher als zwei Prozent anreichern, weil sonst der Anteil der verzögerten Neutronen zu klein wird. Die belgischen Wissenschaftler wollen den Transmutationsreaktor daher unterkritisch betreiben, also nicht genug Kernbrennstoff in den Reaktor bringen, um eine Kettenreaktion in Gang zu halten. Dann kann man die gefährlichen Spaltprodukte auf bis zu 50 Prozent anreichern und den Reaktor trotzdem beherrschen.

In Gang gehalten wird der Reaktor über eine externe Neutronenquelle: Ein Beschleuniger bringt Ionen mit bis zu 600 Millionen Volt auf hohe Geschwindigkeiten und schießt sie dann auf ein massives „Target“ aus Metall oder schwerem Wasser im Inneren des Reaktors. Bei dem Zusammenstoß der beschleunigten Teilchen mit den Atomkernen des Targets werden pro Kollision bis zu 30 Neutronen aus dem Target herausgeschlagen. Diese schnellen Neutronen sollen dann die langlebigen Kerne zertrümmern.

Im Guinevere-Experiment wird das nun im Kleinformat durchgespielt. Während der für später geplante geplante Myrrha-Reaktor eine thermische Leistung von bis zur 100 Megawatt (MW) haben soll, hat der Guinevere-Reaktor nur 1000 Watt. Der luftgekühlte Reaktor selbst sieht aus wie ein überdimensionales Steckspiel: In einem Zylinder mit sechs Metern Durchmesser sind 144 quadratische Schächte in einem 12x12-Raster eingelassen. Das ist der Platz für die Brennelemente – eine Mischung aus angereichertem Uran und Plutonium. Nicht auf allen Plätzen wird atomarer Brennstoff eingeführt – einige Slots bleiben frei, in andere kommen Kontrollstäbe mit Neutronen-absorbierendem Material, ein Teil wird mit Messinstrumenten bestückt. Von oben und unten wird das Ganze durch massives Blei abgeschirmt.

Ende November 2011 haben die belgischen Wissenschaftler den Beschleuniger zum ersten Mal an den Reaktor gekoppelt. Seither messen sie in immer neuen Bestückungsvarianten den Zusammenhang zwischen dem Ionenstrom im Beschleuniger und dem Neutronenstrom im Reaktor. Mit den ersten Resultaten sind die Forscher sehr zufrieden – die Maschine verhält sich wie in der Theorie vorhergesagt.

Als limitierend könnte sich allerdings auch ein politisches Problem erweisen, das sich durch die Technologie ergibt: Wenn man einen unterkritischen Transmutationsreaktor wirtschaftlich betreiben will, muss man die langlebigen Actinoide aus dem abgebrannten Atommüll abspalten und anreichern. Hinter dem Konzept Transmutation steckt also auch eine prinzipielle Richtungsentscheidung: Ein atomarer Brennstoffkreislauf mit Partitionierung und Transmutation wäre wahrscheinlich nur dann wirtschaftlich zu betreiben, wenn auch das abgetrennte Plutonium als atomarer Brennstoff weiterverwendet würde. (wst)

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