Teil der Lösung

Es gibt Sätze, die brennen sich ein ins Bewusstsein. Werner Schnappauf, ehemals Bayerischer Staatsminister für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz, mittlerweile Hauptgeschäftsführer im Bundesverband der Deutschen Industrie e. V. (BDI), hat auf der interdisziplinären Tagung „Our Common Future“, die vergangene Woche in Hannover und Essen stattfand, einen solchen Satz geprägt: „Regarding to climate change industry is not the problem. Industry is the solution“.

Teil der Lösung, so so. Na ja, wenn es manche Probleme nicht gäbe, müsste man auch nichts erfinden, um diese Probleme zu lösen. Das ist eine Philosophie, die sich im Übrigen auch ganz zwanglos auf das Problem Atommüll anwenden lässt, meine ich. Während Tausende an diesem Wochenende im Nieselregen gestanden haben, um den Transport von Atommüll von A nach B zu verhindern, berichten Alex C. Mueller und Hamid Aït Abderrahim in der aktuellen Ausgabe des „Physik Journal“ – das ist die Verbandszeitschrift der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) von der Transmutationsfront. Für Alle, die nicht wissen, was Transmutation ist: Das bedeutet, Atommüll mit Hilfe von Atomreaktoren zum Verschwinden zu bringen.

Das ist keineswegs pure Phantasterei. Die richtig schwierigen Materialien im Atommüll, wie etwa ²³⁹Plutonium, entstehen im Reaktor, wenn schlecht spaltbares ²³⁸Uran die bei der Spaltung von ²³⁵Uran freigewordenen Neutronen einfängt. Dabei entsteht zunächst ²³⁹Uran, das durch zwei schnell hintereinander ablaufende Beta-Zerfälle in ²³⁹Plutonium übergeht. Die Raten, mit denen solche Reaktionen ablaufen, hängen von den so genannten Wirkunsquerschnitten ab. In der Praxis berechnet man aus diesen Wirkungsquerschnitten den “D-Faktor”, der den Neutronenverbrauch pro Kernspaltung angibt. Ist dieser D-Faktor negativ, so entsteht bei der Kernreaktion ein Neutronenüberschuss, so dass sie sich selbsttätig aufrechterhalten kann. In einem klassischen Leichtwasserreaktor haben viele Kernreaktionen jedoch einen positiven D-Faktor, so dass sich die entsprechenenden langlebigen Spaltprodukte anreichern können.

Wie die unterschiedlichen Atomkern mit den Neutronen wechselwirken, hängt jedoch nicht nur von den Atomen, sondern auch von der Energie der Neutronen ab – ein schnelles Neutron kann einen Kern unter Umständen sehr viel effektiver spalten als ein langsames. In nicht moderierten Reaktoren, mit einem so genannten „schnellen“ Neutronenspektrum, sind dagegen alle D-Werte negativ. Das kann man nun nutzen: Ein System aus einem unterkritischen Reaktor und einer externen Neutronenquelle, die einen Protonenbeschleuniger antreibt, wandelt ("transmutiert") Uran, Plutonium, Americium und Curium durch Neutroneneinfang in kurzlebige Isotope um.

Woher kommen diese Neutronen? Aus einer externen, steuerbaren Quelle. Die besteht aus einem Protonenbeschleuniger und einem Metalltarget, auf das die Protonen geschossen werden. Bei typischen Beschleunigungsenergien von 0,6 bis 1 GeV erzeugt ein Proton zwischen 15 und 30 Neutronen durch die so genannte „Spallation“ – das Proton regt die Kerne des Targets an, so dass die Neutronen quasi „verdampfen“. Damit das ADS (Accelerator Driven System) brauchbar ist, muss der Beschleuniger allerdings extrem zuverlässig arbeiten – schon ein Ausfall von nur einer Minute ließe die Temperatur in den abgebrannten Brennelementen um mehrere hundert Grad abfallen, was zu einer erheblichen thermischen Belastung der Brennelemente führt.

In Europa haben sich zahlreiche Forschungszentren, Universitäten und Unternehmen zusammengeschlossen, um im Projekt Eurotrans das Design einer solchen Anlage zu erarbeiten. Das Projekt ist im Frühjahr 2009 abgeschlossen worden. Am belgischen Kernforschungszentrum SCK-CEN wird darüber hinaus ganz konkret die Errichtung einer ADS-Anlage geplant: Nachdem die belgische Regierung 2010 im März beschlossen hatte, 40 Prozent der Kosten zu übernehmen, soll die Ausschreibung 2015 beginnen. Der experimentelle Betrieb könnte dann ab 2024 möglich sein. Derzeit erzeugen die 145 Reaktoren in der EU jährlich jedoch 2500 Tonnen an abgebranntem Kernbrennstoff. Bis dahin könnte sich die ganze Sache also richtig lohnen. (wst)