Am Forschungszentrum Karlsruhe arbeiten Wissenschaftler seit Jahren an Konzepten und Perspektiven der nuklearen Entsorgung. Die Physiker haben eine Möglichkeit gefunden, gefährliche Strahlengifte in harmlose Stoffe zu verwandeln. Damit hoffen sie, das Problem der Endlagerung lösen zu können.

Vorbild Natur

In den 50er Jahren des 20. Jahrhunderts beginnt das Atomzeitalter, eine goldene Epoche ohne Energiesorgen - so die Prophezeiung der Politiker. Doch damals denkt niemand an die Folgen und die damit verbundene Frage: Wie kann der gefährliche Strahlenmüll mit seiner Halbwertszeit von mehreren 100.000 Jahren sicher entsorgt werden? Allein in den deutschen Atomkraftwerken fallen mittlerweile mehrere Hundert Tonnen abgebrannter Kernbrennstoffe pro Jahr an. Bei der Spaltung von Uran zur Energiegewinnung entstehen ungewollte Nebenprodukte. Dabei sind nicht nur die Spaltprodukte selbst gefährlich, sondern insbesondere Plutonium und andere Transurane wie Neptunium, Americium und Curium, die im Reaktor erst entstehen.

Ebenfalls in den 50er Jahren entsteht die Idee, radioaktive Elemente umzuwandeln. Neu ist der Gedanke auch damals nicht, denn die sogenannte Transmutation nimmt sich die Natur zum Vorbild. Sie beruht auf Prozessen, die auf der Erde seit Milliarden von Jahren ablaufen: Entweder zerfallen Atome von alleine in einzelne Teile (spontane Spaltung), oder einzelne Teilchen werden aus dem Atomkern herausgeschleudert, wenn sie hochenergetischer Strahlung ausgesetzt sind.

Moderne Alchemisten

Seit den 90er Jahren wird weltweit an der technischen Umsetzung der Transmutation gearbeitet - so etwa am CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire), dem Europäischen Zentrum für Teilchenphysik in Genf.

Die Transmutation von radioaktiven Nukliden (Atomarten, die radioaktiv zerfallen) basiert dabei auf der Wechselwirkung eingestrahlter Teilchen (meist Neutronen oder Protonen) mit diesen Nukliden. Infolgedessen kommt es dann zu einer Umwandlung des Nuklids. So können langlebige Transurane wie Plutonium physikalisch zerstört werden. Doch die großtechnische Realisierung des Verfahrens scheiterte bisher an der komplizierten und aufwändigen Technik sowie an den immensen Kosten, die der Bau solcher Anlagen sicher verschlingen wird.

An einer geeigneten Testanlage arbeiten zurzeit Wissenschaftler des Instituts für Transurane, Europäische Kommission, Karlsruhe. Eines der Projekte zur Transmutation wird von der Europäischen Kommission unterstützt und von Dr. Joachim U. Knebel vom Forschungszentrum Karlsruhe koordiniert. Das Prinzip der Anlage scheint einfach: Ein Teilchenbeschleuniger schießt einen Strahl aus Wasserstoffkernen (Protonen) auf einen Tank mit flüssigem Blei. Sobald die Protonen auf die Bleiatome treffen, werden Neutronen aus ihrem Kern gelöst. Diese wiederum durchdringen das Blei unbeschadet und treffen schließlich auf den Atommüll. Unter diesem Neutronenbeschuss zerfallen die hoch radioaktiven Isotope in den Brennstäben. Was bleibt sind entweder nicht strahlende Elemente oder kurzlebige radioaktive Substanzen.

Zu große Hitze

Die Transmutationsanlage besteht aus einem Protonenbeschleuniger, dem so genannten Target, speziellen Brennstäben und einem Kühlmittel aus einem flüssigen Blei-Wismuth-Gemisch. Allerdings ist diese Mischung extrem aggressiv und reagiert mit den Edelstahlbehältern. Die Folge: Sie korrodieren. Im Flüssigmetall-Labor suchen die Karlsruher Wissenschaftler daher nach Lösungen für dieses Problem. Sie entwickeln und testen Speziallegierungen als Schutz für die Metallteile, wie etwa das Hüllrohr für die Brennstäbe. Getestet werden aber auch die Kühleigenschaften und die Fließfähigkeit der Bleimischung. Damit sie nicht verdampft, darf sie nicht zu heiß werden. Unter 230 Grad darf die Temperatur jedoch nicht sinken, denn dann würde das Blei fest werden und der Kühlkreislauf stillstehen.

Bis eine erste Transmutationsanlage probeweise in Betrieb gehen kann, wird es sicher noch einige Jahre dauern. Sobald die Machbarkeitsstudie bei der Europäischen Kommission vorliegt, entscheidet sich, ob ein Prototyp gebaut wird. Doch sollte die Transmutationsanlage irgendwann funktionieren, könnten 99 Prozent der radioaktiven Materialien aus Kernkraftwerken vernichtet werden. Nur ein Prozent der strahlenden Abfälle in einem Endlager unterbringen zu müssen, wäre dann schon ein großer Erfolg.