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Atommüll

Atomkerne unter Beschuss

Die Transmutation verändert die Eigenschaften des radioaktiven Abfalls - und spaltet die Experten.

Atomkerne unter Beschuss Atomkerne unter Beschuss
energlobe.de, Denny Rosenthal

Bei der Nutzung der Kernenergie ist die Bevölkerung gespalten – insbesondere die Frage der Endlagerung ist umstritten. Kann der radioaktive Abfall möglicherweise entschärft werden, sodass weniger Abfall für kürzere Zeiten eingelagert werden müsste? Wissenschaftler arbeiten derzeit an der sogenannten Transmutation. Die Grundidee ist einfach: Neutronen werden mit hoher Geschwindigkeit auf das Plutonium geschossen, damit der Zerfallsprozess beschleunigt wird.

„Prinzipiell ist es möglich und auch realistisch, dass der ganze hochradioaktive Atommüll verbrannt und entschärft wird“, erklärt Joachim Knebel, Leiter des Programms für Nukleare Sicherheitsforschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und eine Koryphäe auf seinem Gebiet. Der Neutronenbeschuss findet in einem schnellen Kernreaktor statt oder kann mit zusätzlichem Aufwand künstlich erzeugt werden. Bei der sogenannten Spallation wird mit einem Protonenstrahl auf ein schweres Element wie Blei gezielt, um pro Proton in etwa 30 bis 50 Neutronen freizusetzen.

Abtrennung als Herausforderung

Die freigesetzten schnellen Neutronen spalten die schweren Atomkerne des Urans oder Plutoniums, sodass leichte und weniger radioaktive oder kürzerlebige Kerne entstehen. Sobald der Nachschub an Neutronen unterbrochen wird, endet auch die Transmutation der Elemente. Der Prozess hängt dabei entscheidend von der Zusammensetzung der Brennelemente und dem Neutronenspektrum ab. Doch wie sich die Eigenschaften des Materials verändern, kann keineswegs immer vorhergesagt werden.

Im ungünstigsten Fall könnte sich die Halbwertszeit sogar verlängern. Deshalb müssen die Atomkerne vorher sortiert werden, sodass nur die Materialien mit hoher Erfolgsquote weiter bestrahlt werden. Daneben ist die effektive Abtrennung der hochradioaktiven Elemente aus den Brennstäben eine große Herausforderung: „Im Labormaßstab beherrschen die Forscher diese wissenschaftlich anspruchsvolle Technologie der Abtrennung“, so Knebel. Der nächste Schritt, der zum Beispiel in Frankreich vollzogen wird, sei die Abtrennung von einigen Kilogramm Material pro Jahr. Aufgrund der starken Strahlung sei dieser Prozess aber nur durch ferngesteuerte Roboter zu leisten.

Transmutation verteuert Atomstrom

Die Halbwertszeit der hochradioaktiven Rückstände kann extrem variieren: zwischen Sekundenbruchteilen und Jahrmillionen – so lange müsste der Atommüll auch endgelagert werden. Deshalb werden in jedem Fall Endlager benötigt. Und es entsteht immer neuer Müll: Allein in den 17 deutschen Kernkraftwerken fallen jährlich etwa 450 Tonnen radioaktiver Abfälle an – das sind bis dato mehr als 13.000 Tonnen. Drei bis fünf Prozent davon sind hochradioaktiv und müssen endgelagert werden. Derzeit gibt es aber weltweit noch kein einziges Endlager.

„Für bereits verglasten Atommüll kommt die Methode nicht mehr in Frage“, schränkt Joachim Knebel ein. Den Altmüll aus seiner gläsernen Verpackung zu befreien, sei einfach zu aufwendig. Darum planen Forscher ein Kreislaufsystem, um die Brennstoffe wiederzuverwerten. Bei diesem Szenario werden Leichtwasserreaktoren mit neuen Kernkraftwerken der vierten Generation und Transmutationsanlagen kombiniert. Französische Wissenschaftler schätzen jedoch, dass sich die Herstellungskosten für Kernenergie um rund zwanzig Prozent verteuern, wenn die Müllentsorgung durch Transmutation in den regulären Kraftwerksbetrieb integriert und bilanziert würde.

Pilotanlage frühstens 2020

Die Kernkraftgegner von Greenpeace sind skeptisch. „Die Methode ist keine Lösung für unser Atommüllproblem“, meint Tobias Riedl, Atomexperte bei den Umweltschützern. Die Atomindustrie wolle mit der Transmutation zeigen, dass sie an einer Lösung arbeiten. Das Verfahren sei aber sehr energieaufwendig, wenn große Mengen an radioaktivem Müll bestrahlt würden. „Die oberste Priorität muss der Stopp der Atommüllproduktion sein und nicht das vorgaukeln von scheinbaren Lösungen.“

In der Tat ist all das noch Zukunftsmusik: Eine Demonstrationsanlage im belgischen Forschungszentrum in Mol könnte es frühstes in zehn Jahren geben, so Knebel. Zurzeit wird der Aufbau der Transmutationsmaschine im Detail geplant. Eine industrielle Anwendung ließe dann noch weitere 20 Jahre auf sich warten.

Weitere Informationen:

Homepage des Internationalen Forums vierte Generation
KIT-Programm Nuklear

»DIE KRISE DER IDEE VON EINER WELTORDNUNG

(IST) DAS ULTIMATIVE INTERNATIONALE

PROBLEM VON HEUTE«

Henry Kissinger,„World Order”, August 2014