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Veröffentlicht: 26.06.2011, 06:00 Uhr

Transmutation Die zauberhafte Entschärfung des Atommülls

Es klingt wie Alchemie für die Kerntechnik: Der Zerfall von Plutonium und anderem hochradioaktiven Abfall wird mittels Neutronen radikal beschleunigt. Ist die Kernumwandlung inzwischen reif für den großen Test?

von Monika Etspüler
© dpa Brennstäbe im Kernkraftwerk Philippsburg

Wenn der Ausstieg aus der Kernenergie auch beschlossene Sache ist, werden die Kerntechnik und die damit verbundene Forschung über das Jahr 2022 fortbestehen. Das hat zumindest Bundesforschungsministerin Annette Schavan signalisiert. Sie plant ein Netzwerk mit Experten aus Wissenschaft und Politik, die unter anderem nach Lösungen für den Rückbau der Kernkraftwerke und für die Endlagerung radioaktiver Abfälle suchen. Denn eines ist klar, die Relikte des Atomzeitalters werden weiterstrahlen, und auf die Frage, wohin damit, gibt es bis heute keine befriedigende Antwort. Weltweit wächst der Berg abgebrannter Brennstäbe um rund 260 000 Tonnen pro Jahr - Tendenz steigend. Knapp siebentausend Tonnen liegen hierzulande in Abklingbecken und in Zwischenlagern und harren einer ungewissen Zukunft.

Aktiniden strahlen mehrere 100.000 Jahre

Die Hauptgefahr beim atomaren Abfall geht von den langlebigen Aktiniden aus. Dazu gehören Elemente, die schwerer als Uran sind. Bei der Kernspaltung in Atomkraftwerken entstehen Plutonium, Americium, Curium und Neptunium als unerwünschte Nebenprodukte. Deren Anteil beträgt in den abgebrannten Brennstäben zwar nur ein Prozent, wovon 90 Prozent Plutonium sind. Die Aktiniden und ihre Zerfallsprodukte senden aber zum Teil über mehrere 100 000 Jahre ihre hochradioaktive Strahlung aus. Werden die radioaktiven Stoffe freigesetzt und über die Atmosphäre, das Grundwasser oder die Nahrungskette von Lebewesen aufgenommen und in den Organismus eingebaut, ist das umliegende Gewebe einem radioaktiven Dauerbeschuss ausgesetzt. Zellen werden zerstört und genetisches Material verändert. Dabei können Krebserkrankungen entstehen, von denen Knochen, Nieren, Leber und die blutbildenden Organe besonders betroffen sind.

Infografik / Transmutationsanlage © F.A.Z. Vergrößern

Die Idee, die Langzeitstrahler auf einen zeitlich überschaubaren Rahmen zurückzustutzen, ist verlockend und klingt wie ein Lehrstück moderner Alchemie. Damit aus langlebigen Radionukliden kurzlebige oder sogar stabile Isotope werden können, müssen die Aktiniden zunächst durch Herauslösen aus den abgebrannten Kernbrennstäben (Partitionierung) getrennt und dann durch sogenannte Transmutation in weniger gefährliche Atomkerne umgewandelt werden. Wenn das großtechnisch gelänge, könnte sich der Raumbedarf für die Endlager um den Faktor Drei bis Sechs verringern und der Zeitraum, die der Atommüll unter Verschluss gehalten werden muss, auf fünfhundert bis zweitausend Jahre verkürzen.

Ab 2014 Testanlage in Belgien

Im vergangenen Jahr gab die Europäische Union siganlisiert, dass sie die großtechnische umwandlung radioaktiver Abfälle mit einer „Beschleuniger-Betriebenen-Anlage“ unterstützt. Von 2014 an soll in der Nähe der belgischen Stadt Mol das Pilotprojekt mit dem wohlklingenden Namen Myrrha auf dem Gelände des Kernforschungszentrums SCK-CEN verwirklicht werden. Geplant ist, dass die knapp eine Milliarde Euro teure Anlage im Jahr 2023 in Betrieb gehen soll. Ihre thermische Leistung wird dann maximal siebzig Megawatt betragen. Die Komponenten für eine entsprechende Anlage sind in den vergangenen Jahren von rund vierhundert Wissenschaftlern aus fünfzehn europäischen Ländern, aus den Vereinigten Staaten, Weißrussland, Russland und Japan entwickelt und optimiert worden. Koordinator dieses EU-Projekts, das im Jahr 2010 zum Abschluss kam, war das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), unter dessen Federführung die Grundlagen für Transmutationsanlagen wie Myrrha geschaffen wurden.

Das Prinzip, nach dem eine Transmutationsanlage arbeitet, basiert auf den Gesetzmäßigkeiten von Kernreaktionen. Stößt ein Atomkern etwa mit einem anderen Kern oder Kernbausteinen wie Protonen oder Neutronen zusammen, entsteht ein neuer Kern. Dieser ist instabil und zerfällt dadurch, dass er Neutronen aussendet oder spaltet.

Beschuss mit schnelle Neutronen

Bei der Transmutation wird die Kernreaktion dadurch ausgelöst, dass man die Radionuklide mit schnellen Neutronen beschießt. Das Bombardement bewirkt, dass der Atomkern entweder direkt oder dadurch, dass er ein zusätzliches Neutron aufnimmt, gespalten wird oder in ein leichteres Isotop unter Abgabe von Neutronen zerfällt. Schlussendlich bilden sich neue Produkte mit kürzerer Halbwertszeit und unter Umständen sogar stabile Elemente. Nimmt beispielsweise das Isotop Plutonium-239, das eine Halbwertszeit von rund 24 000 Jahren besitzt, ein Neutron auf, entstehen als Spaltprodukte Caesium-134 mit einer Halbwertszeit von nur noch zwei Jahren und das stabile Isotop Ruthenium-104.

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