Wie groß ist das Atommüllproblem der Deutschen wirklich? Die erneute Debatte um den Endlagerstandort Gorleben zeigt: Es besteht Handlungsbedarf. Auf den Geländen der Kraftwerksbetreiber stapeln sich tonnenweise abgebrannte Brennstäbe mit hoch radioaktiven Substanzen, die 100.000 Jahre lang strahlen. Bis 2022, wenn nach aktuellen politischen Vorgaben der letzte deutsche Meiler vom Netz gehen soll, werden sich einer Studie zufolge unter anderem rund 127 Tonnen Plutonium, sechs Tonnen Neptunium und 14 Tonnen Americium angesammelt haben. Das Problem: Wohin damit, weiß keiner. Weltweit wurde bis heute kein einziges Endlager für solch hochaktiven Müll in Betrieb genommen.
"Um das Endlager wird man nicht ganz drum herum kommen. Die Frage ist nur, wie aufwendig das Endlager ist",
erklärte Dr. Arnd Junghans vom Forschungszentrum Rossendorf bei Dresden jetzt auf einer großen Physikertagung in Bonn. Der Kernphysiker ist Experte für nukleare Transmutation, das heißt, er forscht seit Jahren an einem Rezept, mit dem sich die Anforderungen an die Langzeitstabilität künftiger Endlager deutlich senken ließen.
"Rezept ist schon ein guter Ausdruck, weil, der Kuchen ist noch zu backen. Das Rezept besteht darin, dass man mit schnellen Neutronen im Prinzip auch die langlebigen Atomkerne, die jetzt das Atommüllproblem darstellen, umwandeln kann, transmutieren kann, in kurzlebige Radioaktivität. Dafür braucht man natürlich besondere technische Anlagen. Die gibt es noch nicht. Da gibt es nur in Vorstufen und Entwicklungsprojekte dazu."
Heutige Kernreaktoren verwenden praktisch durchweg langsame Neutronen, um Uranatome zu spalten. Im Gefolge des Zerfalls entstehen unerwünschte Nebenprodukte wie Plutonium und andere Langzeitstrahler wie Neptunium und Americium. Schnelle Neutronen, die mit einigen Prozent der Lichtgeschwindigkeit unterwegs sind, können aber auch diese schweren Elemente spalten und in harmlosere Folgeprodukte verwandeln. Im Labor funktioniert das, aber ließe es sich im industriellen Maßstab umsetzen?
"Wenn es möglich wäre, das Plutonium zu nutzen in Transmutationsanlagen oder in speziell dafür geeigneten Reaktoren, dann könnte man die Endlagerzeit schon deutlich reduzieren, weil sie durch das Plutonium dominiert wird. Man würde dann von 200.000 Jahren schon auf einige Zehntausend Jahre kommen, also das um einen Faktor zehn reduzieren. Das wäre schon ein erster Ansatz. Und wenn man dann noch weiter gehen würde und man wäre in der Lage, die minoren Aktiniden, das sind die schweren Atomkerne, außer dem Plutonium zu transmutieren, dann könnte man auch auf weniger als 1000 Jahre kommen. Das wäre natürlich der Optimalfall. Aber ob das technisch umsetzbar ist, das bleibt noch zu untersuchen."
Neben EU-Initiativen gibt es dazu auch ein eben gestartetes Projekt des Bundesforschungsministeriums, an dem Junghans und Kollegen beteiligt sind. In einer seit 2007 laufenden Versuchsanlage wollen die Dresdner Forscher dabei kleine Materialproben mit schnellen Neutronen genau definierter Geschwindigkeit bestrahlen und messen, welche Zerfallsketten sich so in Gang setzen lassen.
"Wir haben dieses Jahr unsere maximale Strahlintensität erreicht, sodass wir mit unseren Experimenten jetzt gut beginnen können, wo wir also nur die Reaktionswahrscheinlichkeiten bestimmen wollen. Wir können also in dieser Anlage keinen Atommüll transmutieren, den können wir da gar nicht handhaben. Aber wir können zumindest kleine Mengen im Milligramm oder Grammbereich untersuchen und damit ausreichend genau die Reaktionswahrscheinlichkeiten bestimmen."
Die wiederum wären dann hilfreich bei der Auslegung künftiger Transmutationsreaktoren, die jährlich hunderte Kilogramm langlebigen Strahlenmüll verbrennen und nebenbei noch Energie erzeugen könnten. Um die Hinterlassenschaften aller deutschen AKWs weitgehend unschädlich zu machen, müssten mehrere dieser Anlagen viele Jahrzehnte lang laufen. Wer das bezahlen soll, ist nicht die einzig offene Frage. Die Kernreaktoren, die dafür in Frage kämen, sind wenig oder gar nicht erprobt. Weil sie schnelle Neutronen nutzen, benötigen sie andere Kühlmittel als heutige Reaktoren: Zum Beispiel flüssige Metalle wie das leicht brennbare Natrium. Eine schwer zu beherrschende Technologie, von der man sich in Deutschland mit dem Aus für den schnellen Brüter in Kalkar verabschiedet hat. Frankreich dagegen will bis 2020 einen ersten Prototypen in Betrieb nehmen.
"Um das Endlager wird man nicht ganz drum herum kommen. Die Frage ist nur, wie aufwendig das Endlager ist",
erklärte Dr. Arnd Junghans vom Forschungszentrum Rossendorf bei Dresden jetzt auf einer großen Physikertagung in Bonn. Der Kernphysiker ist Experte für nukleare Transmutation, das heißt, er forscht seit Jahren an einem Rezept, mit dem sich die Anforderungen an die Langzeitstabilität künftiger Endlager deutlich senken ließen.
"Rezept ist schon ein guter Ausdruck, weil, der Kuchen ist noch zu backen. Das Rezept besteht darin, dass man mit schnellen Neutronen im Prinzip auch die langlebigen Atomkerne, die jetzt das Atommüllproblem darstellen, umwandeln kann, transmutieren kann, in kurzlebige Radioaktivität. Dafür braucht man natürlich besondere technische Anlagen. Die gibt es noch nicht. Da gibt es nur in Vorstufen und Entwicklungsprojekte dazu."
Heutige Kernreaktoren verwenden praktisch durchweg langsame Neutronen, um Uranatome zu spalten. Im Gefolge des Zerfalls entstehen unerwünschte Nebenprodukte wie Plutonium und andere Langzeitstrahler wie Neptunium und Americium. Schnelle Neutronen, die mit einigen Prozent der Lichtgeschwindigkeit unterwegs sind, können aber auch diese schweren Elemente spalten und in harmlosere Folgeprodukte verwandeln. Im Labor funktioniert das, aber ließe es sich im industriellen Maßstab umsetzen?
"Wenn es möglich wäre, das Plutonium zu nutzen in Transmutationsanlagen oder in speziell dafür geeigneten Reaktoren, dann könnte man die Endlagerzeit schon deutlich reduzieren, weil sie durch das Plutonium dominiert wird. Man würde dann von 200.000 Jahren schon auf einige Zehntausend Jahre kommen, also das um einen Faktor zehn reduzieren. Das wäre schon ein erster Ansatz. Und wenn man dann noch weiter gehen würde und man wäre in der Lage, die minoren Aktiniden, das sind die schweren Atomkerne, außer dem Plutonium zu transmutieren, dann könnte man auch auf weniger als 1000 Jahre kommen. Das wäre natürlich der Optimalfall. Aber ob das technisch umsetzbar ist, das bleibt noch zu untersuchen."
Neben EU-Initiativen gibt es dazu auch ein eben gestartetes Projekt des Bundesforschungsministeriums, an dem Junghans und Kollegen beteiligt sind. In einer seit 2007 laufenden Versuchsanlage wollen die Dresdner Forscher dabei kleine Materialproben mit schnellen Neutronen genau definierter Geschwindigkeit bestrahlen und messen, welche Zerfallsketten sich so in Gang setzen lassen.
"Wir haben dieses Jahr unsere maximale Strahlintensität erreicht, sodass wir mit unseren Experimenten jetzt gut beginnen können, wo wir also nur die Reaktionswahrscheinlichkeiten bestimmen wollen. Wir können also in dieser Anlage keinen Atommüll transmutieren, den können wir da gar nicht handhaben. Aber wir können zumindest kleine Mengen im Milligramm oder Grammbereich untersuchen und damit ausreichend genau die Reaktionswahrscheinlichkeiten bestimmen."
Die wiederum wären dann hilfreich bei der Auslegung künftiger Transmutationsreaktoren, die jährlich hunderte Kilogramm langlebigen Strahlenmüll verbrennen und nebenbei noch Energie erzeugen könnten. Um die Hinterlassenschaften aller deutschen AKWs weitgehend unschädlich zu machen, müssten mehrere dieser Anlagen viele Jahrzehnte lang laufen. Wer das bezahlen soll, ist nicht die einzig offene Frage. Die Kernreaktoren, die dafür in Frage kämen, sind wenig oder gar nicht erprobt. Weil sie schnelle Neutronen nutzen, benötigen sie andere Kühlmittel als heutige Reaktoren: Zum Beispiel flüssige Metalle wie das leicht brennbare Natrium. Eine schwer zu beherrschende Technologie, von der man sich in Deutschland mit dem Aus für den schnellen Brüter in Kalkar verabschiedet hat. Frankreich dagegen will bis 2020 einen ersten Prototypen in Betrieb nehmen.