Umwandlung im großen Maßstab

  • 19. February 2010

Physik Journal – Belgien bereitet ein Großprojekt zur Transmutation von radioaktivem Abfall vor.

Während Alchemisten Jahrhunderte lang vergeblich davon träumten, gewöhnliche Stoffe in Gold zu verwandeln, ist dies heute prinzipiell mithilfe von Kernreaktionen möglich und „nur“ eine Frage des Aufwands. Auch in jedem Kernreaktor entstehen aus Uran u. a. Plutonium oder Neptunium. Von diesen hochradioaktiven und langlebigen Transuranelementen und anderen Spaltprodukten vererben wir bereits heute tausende Tonnen künftigen Generationen. Daher mag die Idee verlockend erscheinen, mithilfe der sog. Transmutation diese hochradioaktiven Abfallstoffe in kurzlebige oder stabile Isotope umzuwandeln und damit das Entsorgungsproblem entscheidend zu entschärfen. Am belgischen Forschungszentrum SCK.CEN in Mol bereiten Wissenschaftler seit über zehn Jahren ein Forschungsprojekt vor, um die physikalischen Grundlagen und die technische Machbarkeit der Transmutation zu erforschen. Eine Kommission der OECD hat dieses MYRRHA-Projekt (Multi-purpose hYbrid Research Reactor for High-tech Applications) nun grundsätzlich positiv bewertet, aber auch auf offene Punkte hingewiesen. Das rund 960 Millionen Euro teure Projekt wäre ein wichtiger Baustein auf dem Weg zu einem geschlossenen Brennstoffkreislauf, der Kerntechnikern vorschwebt. In diesem Szenario würden konventionelle Leichtwasserreaktoren ergänzt durch neue Reaktoren der vierten Generation sowie spezielle Transmutationsanlagen. Da die neuen Reaktoren mit schnellen Neutronen arbeiten sollen, könnten diese bereits einen Teil der in den konventionellen Reaktoren anfallenden Transurane „verbrennen“. Durch Neutroneneinfang und radioaktive Zerfälle entstünden dabei aus den langlebigen Isotopen kurzlebige oder stabile Isotope. Die zusätzlichen Anlagen würden ausschließlich dieser Transmutation in größerem Maßstab dienen, sodass unterm Strich praktisch keine langlebigen Abfallprodukte mehr anfallen würden. „Maschinen, die Abfälle aus der Welt schaffen und dabei auch noch Strom produzieren, haben einen gewissen Charme“, begründet Joachim Knebel das Interesse an diesem Szenario. Er leitet am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) das Programm für Nukleare Sicherheitsforschung und war Mitglied der Kommission, die das MYRRHA-Projekt evaluiert hat.

geplantes Gebäude

Abb.: Auf dem Gelände des belgischen Forschungszentrums SCK.CEN in Mol soll ­eine Anlage entstehen, welche die Grundlagen und Machbarkeit der ­Transmutation erforschen wird. (Bild: SCK.CEN)

Den für die Transmutation notwendigen sehr intensiven Neutronenfluss soll MYRRHA als Hybrid aus Reaktor und Beschleuniger erzeugen. Eine selbstständige Kettenreaktion wäre in dem unterkritisch ausgelegten Reaktor nicht möglich. Erst wenn der Linearbeschleuniger einen sehr intensiven Protonenstrahl auf ein Bleitarget innerhalb des Reaktors schickt, entstünden wie bei einer Spallationsneutronenquelle die für eine Kettenreaktion notwendigen zusätzlichen Neutronen. „Sobald ich den Beschleuniger ausschalte, sind die Neutronen weg“, bringt Joachim Knebel die damit verbundene Sicherheitsphilosophie auf den Punkt. Diese ermöglicht es, in einer solchen Anlage Brennstoffe mit sehr viel höheren Anteilen an Transuranen zu verarbeiten als mit einem Reaktor der vierten Generation. Myrrha soll zeigen, dass solch ein komplexer Hybrid technologisch machbar ist, und grundlegende Experimente zu den neuen Reaktoren sowie zur Transmutation ermöglichen. Darüber hinaus ließen sich mit dem intensiven Neutronenfluss auch ­innovative Materialien für Fusionsreaktoren untersuchen, die möglichst wenig aktivierbar sind, Radioisotope für medizinische ­Diagnostik und Therapie herstellen oder Silizium für die Halbleiter­industrie gezielt dotieren.

Die OECD-Kommission erkennt an, dass MYRRHA ein „innovatives und aufregendes“ Projekt ist, das weltweit einmalig wäre. Allerdings sieht sie auch „substanzielle Risiken“ im Hinblick auf die Kosten und die Leistungsfähigkeit. Daher empfiehlt sie Belgien, zunächst die Mittel zur Verfügung zu stellen, um das Design der Transmutationsmaschine im Detail zu planen und begleitende Forschungs- und Entwicklungsarbeiten durchzuführen. Auch gelte es zu klären, ob die europäischen Kernenergieländer den Weg der Transmutation wirklich ernsthaft erforschen wollen. Erst wenn diese Hausaufgaben erfolgreich erledigt sind, könne in zwei bis drei Jahren das grüne Licht für MYRRHA folgen. Bis zu einem großtechnischen Einsatz wäre es dann immer noch ein weiter Weg. „An einen Großdemonstrator zu denken à la ITER für die Fusionsforschung wäre verfrüht“, ist auch Alex C. Mueller vom französischen CNRS überzeugt, der die Beschleunigerentwicklung für MYRRHA koordiniert.

Völlig offen ist bislang die Finanzierung des Projekts, dessen Kosten vergleichbar sind mit den großen europäischen Forschungsgeräten European XFEL in Hamburg oder FAIR in Darmstadt. Bislang finanzieren die EU und Belgien die vorbereitenden Forschungsarbeiten, an denen sich Deutschland u. a. über das vom KIT koordinierte europäische Forschungsprojekt ­EUROTRANS beteiligt. Belgien strebt eine Aufnahme des Projekts in die europäische ESFRI-Roadmap für große Forschungsinfrastrukturen an. Damit stünde MYRRHA zwangsläufig auf der Tagesordnung der europäischen Wissenschaftsminister. Ob ein kleines Land wie Belgien ein Projekt dieser Größen­ordnung allerdings überhaupt stemmen kann, ist genauso offen wie die spannende Frage, ob es mit der Transmutation gelingen kann, die Akzeptanz der Kernenergie in der Bevölkerung zu steigern.

Stefan Jorda

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