Transmutation von radioaktivem Abfall

Physik Journal – Reaktor- und Beschleuniger-Technologie gehen gemeinsam ein Hauptproblem der Kernenergie an.

Weltweit planen mehrere Länder, den Anteil der Kernenergie in ihrem Energiemix zu steigern, um die Klimaziele zu erreichen. Gleichzeitig gibt es in weiten Kreisen der Bevölkerung erhebliche Bedenken gegen diese Energieform, da sie langlebigen radioaktiven Abfall verursacht. In der November-Ausgabe des Physik Journals erläutern Alex C. Mueller vom CNRS in Frankreich und Hamid Aït Abderrahim vom belgischen Forschungszentrum SCK.CEN als eine mögliche Lösung dieses Problems die Abtrennung und Transmutation des radioaktiven Abfalls. Mit dem Projekt Myrrha plant Belgien eine Vielzweckanlage, um diese Technologien zu entwickeln.

Auch wenn es recht unterschiedliche Vorhersagen und Szenarien gibt, darf man wohl davon ausgehen, dass sich der weltweite Bedarf an Primärenergie bis 2050 etwa verdoppeln wird. Eine umweltverträgliche Energieversorgung ist daher der vielleicht wichtigste Aspekt eines nachhaltigen Wachstums. Insbesondere wenn es darum geht, den CO₂-Ausstoß zu verringern, wird immer wieder die Kernenergie als Alternative genannt.

Derzeit erzeugen die 145 Reaktoren in der EU jährlich jedoch 2500 Tonnen an abgebranntem Kernbrennstoff. Hier soll das Konzept der Partitionierung und Transmutation (P&T) langfristig eine Lösung bieten. Unter Partitionierung versteht man die Abtrennung der radiotoxischen Anteile aus verbrauchtem Kernbrennstoff, um sie wieder zu verwenden. Ein System aus einem unterkritischen Reaktor und einer externen Neutronenquelle, die einen Protonenbeschleuniger antreibt, wandelt ("transmutiert") dann die Aktiniden Uran, Plutonium, Americium und Curium durch Neutroneneinfang in kurzlebige Isotope um. Damit soll P&T die Radiotoxizität des Abfalls um Größenordnungen reduzieren und es gleichzeitig ermöglichen, den gesamten Energieinhalt des Spaltmaterials auszubeuten. Zudem würden weltweit nur wenige und / oder kleinere Endlager nötig sein.

Derzeit existieren verschiedene Szenarien der Transmutation und ihrer technischen Lösung. Ein von den Autoren vorgestelltes Szenario ist ein beschleunigergetriebenes System (accelerator-driven system, ADS). Bereits 1998 starteten am belgischen Kernforschungszentrum SCK.CEN Studien für ein komplettes ADS, das sich auf industrielle Anwendungen extrapolieren lässt. Dieses Myrrha-Projekt soll in den kommenden Jahren in Belgien gebaut werden. Das Gesamtbudget beträgt 960 Millionen Euro. Im März 2010 beschloss die belgische Regierung, 40 Prozent der Kosten zu übernehmen. Nach dem Aufbau der Gesamtanlage im Jahr 2019, einer dreijährigen Testphase und einem weiteren Jahr, um die Leistung graduell zu steigern, soll ab 2024 der Experimentierbetrieb mit nominellen Parametern möglich sein.

 AH