Katrin Zöfel: Was genau passiert eigentlich mit dem Stahl eines Druckwasserbehälters, wenn er über Jahre hinweg radioaktiver Strahlung ausgesetzt ist? Wann wird das Material so spröde, dass es gefährlich wird, für den ganzen Betrieb des Kernreaktors? Auch diese Fragen sind neben allen politischen Details zu klären, wenn es über längere Laufzeiten für deutsche Kernkraftwerke geht. Ein durch die EU finanziertes Projekt, genannt Long Life, soll auf eben diese Fragen nun Antworten finden. Der Strahlungsingenieur Eberhard Altstadt koordiniert das Projekt vom Forschungszentrum Dresden-Rossendorf aus. Ihn habe ich kurz vor der Sendung gefragt, was genau das wissenschaftliche Projekt untersuchen wird.
Eberhard Altstadt: Allgemein gesprochen geht es um die Erweiterung und Verbesserung des Wissensstandes zur bestrahlungsindizierten Alterung von Reaktordruckbehälterstählen von laufenden europäischen Leichtwasserreaktoren bei Langzeitbetrieb. Langzeitbetrieb heißt 60 bis 80 Jahre Laufzeit. Dabei wollen wir die existierenden Vorhersagemodelle und -standards unter dem Aspekt Langzeitbetrieb bewerten und gegebenenfalls Verbesserungen und Erweiterungen vorschlagen. Das Endprodukt des Projekts wird in einer Leitlinie bestehen, für die Überwachung der bestrahlungsindizierten Versprödung bei Langzeitbetrieb.
Zöfel: Und können Sie in einfachen Worten erklären, was in einem Kernkraftwerk das Material ermüden lässt? Was macht das Material spröde?
Altstadt: Im Reaktorkern entstehen bei der Kernspaltung schnelle Neutronen, die im Reaktordruckbehälter Defekte auf der atomaren Skala hervorrufen. Aufgrund der hohen Energie dieser Neutronen, kann ein Neutron ein Eisenatom aus seinem Gitterplatz herausschlagen. Dieses reagiert seinerseits dann wieder mit anderen Atomen in seiner Nachbarschaft und es kommt zu einer sogenannten Stoßkaskade, ähnlich wie beim Billard. Im Ergebnis solcher Stoßkaskaden bleiben in der Eisenmatrix dann Defektlaster zurück, also Leerstellen zwischen Gitteratome-Fremdatom-Cluster. Und diese Defektcluster beeinflussen die mechanischen Eigenschaften des Stahls auf der makroskopischen Skala. Mit wachsender Bestrahlungsdosis verliert der Stahl an Zähigkeit. Und dieser Versprödungsprozess spiegelt sich dann zum Beispiel im Bruchverhalten von Materialproben wider.
Zöfel: Und wie wollen Sie diese Effekte untersuchen?
Altstadt: Also die Projektpartner stellen eine ganze Reihe von Materialproben zur Verfügung. Diese Materialproben werden dann in sogenannten heißen Zellen, also Labors, wo man bestrahltes Material handhaben kann, untersucht. Dabei reicht das Spektrum von der Untersuchung der Mikrostruktur bis hin zu den mechanischen Eigenschaften, also die Bestimmung der Härte, der Streckgrenze und der Bruchzähigkeit.
Zöfel: Und warum sind all diese Fragen noch nicht geklärt? Kernkraft ist ja keine neue Technologie.
Altstadt: Die Fragen sind nicht ungeklärt. Es ist auch so, dass mit der jetzt laufenden Diskussion um Laufzeitverlängerung sich natürlich neue Fragen ergeben, weil die Bestrahlungsfluenzen bei Langzeitbetrieb natürlich höher sind.
Zöfel: In Bezug auf deutsche Kernkraftwerke aus rein technischer Sicht, die rein technischen Aspekte: Wie lange könnten deutsche Kernkraftwerke noch laufen?
Altstadt: Also die in Deutschland verwenden Reaktordruckbehälterstähle wurden in ihrer chemischen Zusammensetzung so optimiert, dass sie eine möglichst geringe Bestrahlungsempfindlichkeit aufweisen. Außerdem wurden die Druckwasserreaktoren so konstruiert, dass sich zwischen dem Reaktorkern, also der Strahlenquelle, und dem Reaktordruckbehälter ein besonders breiter Wasserspalt befindet. In diesem Wasserspalt werden die schnellen Neutronen abgebremst, bevor sie die RTP-Wand erreichen. Dies führt dann zu einer geringeren Strahlenbelastung als bei Reaktoren anderer europäischer Länder, die engere Wasserspalte aufweisen. Die modernen Druckwasserreaktoren in Deutschland könnten circa 80 bis 100 Jahre betrieben werden, bevor der im Regelwerk festgeschriebene zulässige Wert der Versprödung erreicht würde.
Zöfel: Und das gilt für alle deutschen Kernkraftwerke?
Altstadt: Es gilt für die modernen Kernkraftwerke der dritten und vierten Generation. Es gibt auch einige ältere Kernkraftwerke, wo die Laufzeit möglicherweise nicht 80 bis 100 Jahre betragen würde, aber auf jeden Fall deutlich über 40 Jahre betrieben werden können.
Zöfel: Welche sind das?
Altstadt: Zu den älteren Kernkraftwerken in Deutschland zählt zum Beispiel Biblis A, Biblis B, Neckarwestheim oder Unterweser.
Eberhard Altstadt: Allgemein gesprochen geht es um die Erweiterung und Verbesserung des Wissensstandes zur bestrahlungsindizierten Alterung von Reaktordruckbehälterstählen von laufenden europäischen Leichtwasserreaktoren bei Langzeitbetrieb. Langzeitbetrieb heißt 60 bis 80 Jahre Laufzeit. Dabei wollen wir die existierenden Vorhersagemodelle und -standards unter dem Aspekt Langzeitbetrieb bewerten und gegebenenfalls Verbesserungen und Erweiterungen vorschlagen. Das Endprodukt des Projekts wird in einer Leitlinie bestehen, für die Überwachung der bestrahlungsindizierten Versprödung bei Langzeitbetrieb.
Zöfel: Und können Sie in einfachen Worten erklären, was in einem Kernkraftwerk das Material ermüden lässt? Was macht das Material spröde?
Altstadt: Im Reaktorkern entstehen bei der Kernspaltung schnelle Neutronen, die im Reaktordruckbehälter Defekte auf der atomaren Skala hervorrufen. Aufgrund der hohen Energie dieser Neutronen, kann ein Neutron ein Eisenatom aus seinem Gitterplatz herausschlagen. Dieses reagiert seinerseits dann wieder mit anderen Atomen in seiner Nachbarschaft und es kommt zu einer sogenannten Stoßkaskade, ähnlich wie beim Billard. Im Ergebnis solcher Stoßkaskaden bleiben in der Eisenmatrix dann Defektlaster zurück, also Leerstellen zwischen Gitteratome-Fremdatom-Cluster. Und diese Defektcluster beeinflussen die mechanischen Eigenschaften des Stahls auf der makroskopischen Skala. Mit wachsender Bestrahlungsdosis verliert der Stahl an Zähigkeit. Und dieser Versprödungsprozess spiegelt sich dann zum Beispiel im Bruchverhalten von Materialproben wider.
Zöfel: Und wie wollen Sie diese Effekte untersuchen?
Altstadt: Also die Projektpartner stellen eine ganze Reihe von Materialproben zur Verfügung. Diese Materialproben werden dann in sogenannten heißen Zellen, also Labors, wo man bestrahltes Material handhaben kann, untersucht. Dabei reicht das Spektrum von der Untersuchung der Mikrostruktur bis hin zu den mechanischen Eigenschaften, also die Bestimmung der Härte, der Streckgrenze und der Bruchzähigkeit.
Zöfel: Und warum sind all diese Fragen noch nicht geklärt? Kernkraft ist ja keine neue Technologie.
Altstadt: Die Fragen sind nicht ungeklärt. Es ist auch so, dass mit der jetzt laufenden Diskussion um Laufzeitverlängerung sich natürlich neue Fragen ergeben, weil die Bestrahlungsfluenzen bei Langzeitbetrieb natürlich höher sind.
Zöfel: In Bezug auf deutsche Kernkraftwerke aus rein technischer Sicht, die rein technischen Aspekte: Wie lange könnten deutsche Kernkraftwerke noch laufen?
Altstadt: Also die in Deutschland verwenden Reaktordruckbehälterstähle wurden in ihrer chemischen Zusammensetzung so optimiert, dass sie eine möglichst geringe Bestrahlungsempfindlichkeit aufweisen. Außerdem wurden die Druckwasserreaktoren so konstruiert, dass sich zwischen dem Reaktorkern, also der Strahlenquelle, und dem Reaktordruckbehälter ein besonders breiter Wasserspalt befindet. In diesem Wasserspalt werden die schnellen Neutronen abgebremst, bevor sie die RTP-Wand erreichen. Dies führt dann zu einer geringeren Strahlenbelastung als bei Reaktoren anderer europäischer Länder, die engere Wasserspalte aufweisen. Die modernen Druckwasserreaktoren in Deutschland könnten circa 80 bis 100 Jahre betrieben werden, bevor der im Regelwerk festgeschriebene zulässige Wert der Versprödung erreicht würde.
Zöfel: Und das gilt für alle deutschen Kernkraftwerke?
Altstadt: Es gilt für die modernen Kernkraftwerke der dritten und vierten Generation. Es gibt auch einige ältere Kernkraftwerke, wo die Laufzeit möglicherweise nicht 80 bis 100 Jahre betragen würde, aber auf jeden Fall deutlich über 40 Jahre betrieben werden können.
Zöfel: Welche sind das?
Altstadt: Zu den älteren Kernkraftwerken in Deutschland zählt zum Beispiel Biblis A, Biblis B, Neckarwestheim oder Unterweser.