Partitonierung und Transmutation

Potential und neue Risiken in der  Behandlung radioaktiven Abfalls

Die Idee eines Atomreaktors, der aus einer externen Neutronenquelle und einem unterkritischen Kern besteht, wurde vor ungefähr 20 Jahren mit dem sogenannten Rubbiatron populär. Bei dieser Art Reaktoren werden Neutronen durch hochenergetische Protonen eines Beschleunigers, die auf ein Spallationstarget treffen, produziert und erhalten die Kettenreaktion in einem Kern aufrecht, in dem dies sonst nicht möglich wäre. Üblicherweise bezeichnetet man diese Reaktoren als beschleunigergetriebene Systeme (ADS, aus dem Englischen: Accelerator-Driven-Systems).

Aufgrund der hohen Kosten wurde die Idee jedoch zunächst nicht weiter verfolgt. Erst in den letzten Jahren haben beschleunigergetriebene wieder mehr Aufmerksamkeit erhalten. Von Befürwortern werden sie, unter anderem, als Lösung für das Problem des radioaktiven Abfalls gesehen, da es möglich ist, in ihnen große Mengen von radioaktivem Material zu bestrahlen und somit dessen Zusammensetzung zu ändern (Transmutation der Isotope). Dabei werden die Nachteile wie die hierfür nötige Verbreitung schneller Kernreaktoren und die Einführung eines geschlossenen Brennstoffkreislaufs mit den damit verbunden Proliferationsrisiken und Kosten oft nur am Rande erwähnt.

Abgesehen davon stellt sich die Frage, in wie weit ein Transmutationskreislauf die Anforderungen an ein mögliches Endlager reduziert. Sowohl in der öffentlichen als auch in der wissenschaftlichen Diskussion liegt der Fokus auf der Transmutation der sogenannten Minoren Aktinoiden, deren hohe Radiotoxizität eine große Gefahr für den Menschen darstellen kann. Diese Aktinoide können in einem Transmutationsszenario in weniger gefährliche Isotope umgewandelt werden. In bestimmten Szenarien wie dem menschlichen Eindringen in das Endlager und der darauf folgenden Aufnahme der Isotope in den Körper führt dies zu einer Reduzierung der von einem Endlager ausgehenden Gefahr. Betrachtet man hingegen die zu erwartende Entwicklung eines Endlagers wie es im Rahmen von Langzeitsicherheitsanalysen für die Standortanalyse gemacht wird, spielen andere Isotope eine Rolle. Die Auswirkungen eines Transmutationszenarios auf diese langlebigen Spaltprodukte werden in diesem Projekt näher untersucht, indem sogenannte Abbrandrechnungen an einem generischen beschleunigergetriebenen System durchgeführt und die Konzentrationen dezidierter Spaltprodukte analysiert werden.

Das Reaktormodell basiert auf der im belgischen Mol geplanten Anlage MYRRHA  (Multi-purpose hYbrid Research Reactor for High-tech Applications). MYRRHA ist die auf kommerzielle Größe skalierbare Demonstrationsanlage,  welche  im Zuge des 7th Framework Programme der EU entwickelt wurde. Das System soll den Forschungsreaktor BR-2 in Mol, Belgien, ersetzen. Der momentane Zeitplan sieht eine Inbetriebnahme zwischen 2022 und 2024 voraus. Basierend auf einem geometrischen Modell der Anlage kann die Neutronenpopulation im gesamten System simuliert werden. Besonders für die Simulation von Spallationsquellen im unterkritischen Reaktor gibt es wenig Erfahrungswerte, was eine Reihe von Validierungsrechnungen notwendig macht. Darauf aufbauende Abbrandrechnungen ermöglichen die Untersuchung der Materialänderungen im Kern und ermöglichen Aussagen über die Konzentration der langlebigen Spaltprodukte.

Um die Menge der Minoren Aktinoide in einem ausreichend hohem Maß zu reduzieren, sind, abhängig vom jeweiligen Transmutationsszenario, ca. 10-15 Durchläufe durch eine dezidierte Transmutationsanlage notwendig. In einem nächsten Schritt soll die Gesamtmenge der hierdurch entstehenden langlebigen Spaltprodukte genauer bestimmt und die möglichen Auswirkungen auf ein Endlager näher untersucht werden.

 

Projektbeginn: Herbst 2013

Ansprechperson: Friederike Frieß

Projektmitarbeiter: Friederike Frieß

 

Universität für Bodenkultur Wien