Immobilisierung von Pu & Co

Alle radioaktiven Stoffe sind erst richtig gefährlich, wenn sie in den Körper aufgenommen werden. Solange sie sich außerhalb befinden, ist eine Abschirmung recht einfach möglich. Für eine „Inkorporation“ sind drei Wege ausschlaggebend: Über die Atemluft, Trinkwasser und Nahrung. Solange sie also gar nicht in die „Biosphäre“ gelangen, können sie auch keinen Menschen schädigen oder sich dort anreichern. Andersherum war dies der Grund, warum man sich recht früh auf ein „Teststoppabkommen“ in der Atmosphäre geeinigt hat. Es wurden über 2000 Kernwaffentests international durchgeführt. Durch die Zündung von Kernwaffen in der Atmosphäre wurden zig Tonnen Uran, Plutonium und Spaltprodukte über die gesamte Erde verteilt. Auch das wieder als Hinweis, wie schamlos die Propaganda von Greenpeace und Konsorten bezüglich „Atommüll“ ist, von denen ja wenige Gramm ausreichen sollen, die ganze Menschheit auszurotten.

Eine vorübergehende Lagerung

Plutonium wird z. B. in den USA in Fässern aus Edelstahl gelagert. Diese Fässer sind etwa 90 cm hoch und haben einen Durchmesser von 50 cm und beinhalten eine Portion von jeweils etwa 4,4 kg Plutonium. Wegen dessen hoher Dichte eine sehr „luftige“ Verpackung. Dies geschieht aus Sicherheitsgründen, damit auf jeden Fall eine Kettenreaktion verhindert wird. Diese Fässer stehen in ständig überwachten Bunkern. Selbst die kleinste Undichtigkeit würde sofort erkannt werden.

Alle Transurane sind nur schlecht wasserlöslich. Eine Verbreitung über große Strecken ist schon deshalb ausgeschlossen. Dies ist nicht nur eine theoretische Überlegung, sondern auch in unfreiwilligen Großversuchen betätigt: In den Anfangsjahren der Kernwaffenproduktion hat man die gesamte Brühe (Spaltprodukte, Minore Aktinoide usw.) einfach in unterirdischen Tanks (Abschirmung) gelagert. Teilweise sind diese undicht geworden und ein Teil der Ladung ist im Boden versickert. Man verfügt deshalb über jahrzehntelange Messreihen zur Ausbreitung aller Spaltprodukte und von Plutonium im Erdboden. Im Laufe der Jahrzehnte hat sich in diesen Tanks eine Schlammschicht aus „Atommüll“ abgelagert. Diese wird nun kostspielig beseitigt und für eine Endlagerung im WIPP umgeformt. Vor dem Transport zum WIPP werden sie verglast und in endlagerfähige Behälter aus Edelstahl abgegossen.

Die Verglasung

Glas ist ein sehr haltbarer Werkstoff. Wir finden heute noch Glasscherben aus der Antike, die aussehen, als wären sie erst gestern hergestellt worden. In der Fischerei werden deshalb z. B. Glaskugeln als Schwimmkörper eingesetzt. Sie halten Salzwasser und hohen Drücken über Jahrzehnte stand. Zudem ist Glas auch noch billig und einfach (Automatisierung) herstellbar. Jahrzehntelang hat man weltweit Spezialgläser entwickelt, die ein besonders hohes Rückhaltevermögen für Spaltprodukte und Transurane besitzen.

Der plutoniumhaltige Abfall wird kalziniert (bei hohen Temperaturen gebrannt um alle chemischen Verbindungen aufzubrechen und das Kristallwasser auszutreiben) und gemahlen. Parallel wird in einem Schmelzofen eine Glasfritte erzeugt, in die der Abfall eingestreut wird. Der Abfall löst sich wie Zucker im heißen Tee gleichmäßig im flüssigen Glas auf. Je nach Abfallzusammensetzung kann man etwa 20 bis 30% Abfall auflösen. Ist die Mischung homogen, wird sie in Edelstahlbehälter abgegossen. Da Glas eine „unterkühlte Flüssigkeit“ ist, erhält man auch im erkalteten Zustand einen homogenen „Abfallblock“.

Die Abfallmenge, die bisher verglast und bis 2009 in der WIPP eingelagert wurde, enthielt etwa 4,5 to Plutonium. Weitere 17 to stark verunreinigtes Plutonium sind ebenfalls zur direkten Endlagerung in der WIPP vorgesehen.

Bildung von synthetischem Gestein

Eine weitere Methode — die besonders für Plutonium — geeignet erscheint, geht genau einen anderen Weg: Man stellt einen synthetischen Stein her (SynRoc) in dessen Kristallgitter das Plutonium fest eingebaut ist. Diese künstlichen Steine sollen noch einmal um den Faktor eine Million weniger löslich sein als Glas. Man hat in verschiedenen Einrichtungen in den USA und in der Wiederaufbereitungsanlage in Sellafield (GB) mehrere to Plutonium mit dieser Methode eingeschlossen. Es handelt sich dabei um jeweils kleine Mengen Plutonium aus verschiedenen Forschungsprogrammen. Es lohnt nicht, diese „geringen Mengen“ aufwendig mit Spezialverfahren aufzubereiten. Es ist zumindest wirtschaftlicher, diese Mengen mit ins Endlager zu geben.

Bei dem SynRoc-Verfahren wird ein Gestein auf der Basis von ausgewählten Titanaten hergestellt. Diese werden in der richtigen Mischung mit Wasser vermahlen und das Plutonium (bis 30%Gew) zugesetzt. Dieser Schlamm wird getrocknet und bei 750°C kalziniert um ein feines Pulver zu erhalten. Dieses Pulver wird auf einer automatischen Abfüllanlage in kleine, hantelförmige Edelstahldosen abgefüllt, die sofort verschweißt werden. Der entscheidende Verfahrensschritt ist nun ein heißisostatisches Pressen: Die „Hanteln“ werden acht Stunden lang bei 1300°C und einem Druck von 1000 bar gesintert. Heraus kommen schwarze, gesteinsartige Zylinder.

Zurück zur Abrüstung

Wie schon ausgeführt, ist die Lagerung von Plutonium kein großartiges Problem. Das Problem bei reinem Pu239 ist vielmehr, daß man es jederzeit wieder zum Bau neuer Kernwaffen verwenden kann. Das Sicherheitsproblem ist also nicht der Strahlenschutz, sondern der „Diebstahlschutz“. Die National Academy of Sciences erschuf den „Selbstschutz-Standard durch γ-Strahlung“ auf der Basis von „abgebrannten Brennelementen“. Fast das gesamte Strahlungsfeld wurde auf den Zerfall von Cesium-137 mit einer Halbwertszeit von 30 Jahren bezogen.

Nachdem man langsam zu der Erkenntnis gelangte, daß das Mischoxid-Programm völlig aus dem Ruder lief, hat die Obama-Administration 2014 folgende Alternativen vorgeschlagen:

  1. Verdünnung des Plutoniums mit noch vorhandenem Restmüll und anschließende Einlagerung im WIPP.
  2. Der „can in canister“ Ansatz zur Einlagerung in hochaktivem Glas.
  3. Entsorgung in 5000 m tiefen Bohrlöchern, und
  4. Bestrahlung in einem natriumgekühlten Reaktor mit schnellem Neutronenspektrum.

Die Verdünnung

Die Verdünnung des Plutoniums durch die Auflösung in noch vorhandenem Restmüll aus der Wiederaufbereitung kann man wohl nur als Schnapsidee bezeichnen. Man erzeugt damit wieder besonders langlebigen „Atommüll“. Zum Glück hat man nur noch kleine Mengen unverglasten Restmüll in den Labors übrig, die nicht ausreichen werden um das „Überschuss Plutonium“ auf diese Art zu beseitigen. Allenfalls geringe Mengen — die auf irgendeine Art besonders schwer zu behandeln sind — sind so gegen Diebstahl zu schützen.

Eine Abwandlung dieses Weges hat das Energieministerium (DOE) schon 2011 beschritten: Über 580 kg Plutoniumoxid Pulver aus den Labors der Savannah River Site wurden mit einem geheimgehaltenen Stoff gemischt, der angeblich besonders schwer wieder zu trennen ist. Diese Mischung — mit einem Anteil von 10% Plutonium — wurde in Rohre von 15 cm Durchmesser abgefüllt, die wiederum einzeln in 200 l Fässern eingeschlossen wurden (“pipe-overpack containers”). Der Gehalt an Plutonium pro Faß wurde auf höchstens 175 gr begrenzt.

Würde man den Gehalt pro Faß auf 340 gr Plutonium erhöhen, wären für 50 to Plutonium rund 150 000 Fässer nötig. Eine — von derzeit sieben Kammern im WIPP Endlager— könnte 90 000 Fässer aufnehmen. Ursprünglich betrug das genehmigte Einlagerungsvolumen für das WIPP 176 000 m3 für Abfall mit Transuranen. Eine Genehmigung für eine Erweiterung ist in Arbeit.

Die Kritik von Sicherheitsexperten über diese Methode zur Einlagerung von waffengrädigem Plutonium ist nicht ganz von der Hand zu weisen: Für den Bau einer „Nagaski Bombe“ wären etwa 20 solcher „Rohre“ mit den Abmessungen von 15 cm Durchmesser und 60 cm Länge nötig. Bei einer Stückzahl von 150 000 Stück, mit diversen verteilten Produktions- und Lagerstätten eine extrem geringe Anzahl. Die bewegt sich schon in in der Größenordnung vorgekommener Buchung- und Bilanzierungsprobleme. Selbst ein reiner Papierverlust wäre eine Katastrophe in der öffentlichen Wahrnehmung.

Das Dose in Kanister Verfahren

Aus dem „Selbstschutz-Gedanken“ wurde das „can in canister“ Verfahren entwickelt. Man mischt etwa 10% Plutonium mit speziellen Stoffen, die besonders schwer trennbare chemische Verbindungen mit ihm eingehen, presst dieses Pulver in Scheiben und sintert diese zu Keramik. Das ergibt die „Immobilisierung“. Diese Scheiben werden in Dosen von etwa 6 cm Durchmesser und 25 cm Höhe gefüllt. Jede dieser Dosen enthält etwa 1 kg Plutonium. Jeweils 28 Dosen kommen in einen Kanister von etwa 3 m Kantenlänge und werden mit flüssigem, strahlenden Glas aus der Beseitigung von hochaktivem „Atommüll“ umgossen. Für die geplant 50 to „Überschussplutonium“ werden also 1800 solcher Kisten benötigt. Genau das ist aber das Problem: Die USA haben gar nicht mehr solche Mengen unbehandelten hochaktiven Müll zur Verfügung.

Das Energieministerium (DOE) hat als Standard für eine „Selbstsicherung“ bei solchen Kanistern eine Strahlendosis von 1 Sv pro Stunde in einem Abstand von einem Meter in 30 Jahren nach der Befüllung definiert. Man würde deshalb für die Kanister über 1,221×1018 Bq Cäsium-137 (rund 225 kg) benötigen. Zur Orientierung: Bei der Tschernobyl-Katastrophe soll eine Aktivität von etwa 8,5×1016 Bq Cs137 freigesetzt worden sein.

Bohrlöcher

Seit Jahrzehnten gibt es den Vorschlag „Atommüll“ in tiefen Bohrlöchern (ca. 3000 bis 5000 m tief) einzulagern. Dahinter steckt der Grundgedanke: Tiefe = langer Weg bis zur Oberfläche = lange Zeitdauer. Die angepeilte Tiefe ist etwa die zehnfache Tiefe von bergmännischen Endlagern. Diese große Tiefe stellt eine zusätzliche Sicherheit vor der „Wiedergewinnung“ des „Waffen-Plutoniums“ dar.

Es wurden bereits Demonstrations-Bohrungen durchgeführt und über 110 Standorte in den USA bewertet. Kriterien waren unter anderem: Entfernung zu Siedlungsgebieten, das Vorhandensein von kristallinem Grundgestein ab 2000 m Tiefe, flacher Verlauf der Schicht, geringer geothermischer Wärmestrom und geringer Vulkanismus.

Diese Form der Endlagerung geht davon aus, daß es mindestens drei Gründe gibt, warum ein natürlicher Transport durch Wasser bis an die Oberfläche nahezu ausgeschlossen ist — selbst wenn das Plutonium sich aufgelöst hat:

  1. Der gewaltige Gebirgsdruck in solchen Tiefen schließt etwaige Risse und Spalten sehr schnell, sodaß es nur zu sehr geringen Strömungen von Wasser kommt.
  2. Plutonium hat nur eine äußerst geringe Löslichkeit in solch sauerstoffarmen Tiefenwasser.
  3. Tiefenwasser ist meist mit Mineralien und Salzen gesättigt, was eine hohe Dichte zur Folge hat. Es gibt deshalb wenig Auftrieb, der es überhaupt mit eher oberflächennahem „Trinkwasser“ in Kontakt bringen könnte.

Die Bohrungen sollen auf die Mindesttiefe plus einem zusätzlichen Stück zur Einlagerung abgeteuft werden. Studien haben ergeben, daß so ein „Lagerraum“ von etwa 40 m3 pro Bohrung (Enddurchmesser ca. 16 cm) geschaffen werden kann. Nach Einlagerung wird die Bohrung wieder sorgfältig verfüllt. Ein erprobter Vorgang bei zig Tausend Bohrungen in der Öl- und Gasindustrie.

Bisher ist diese Methode an zu hohen Kosten gescheitert. Allerdings hat die Bohrtechnik in den letzten Jahren einen sehr rasanten Fortschritt erlebt. Inzwischen gibt es sogar schon Studien über horizontale Bohrungen in geeigneten Schichten. Man geht von einem dramatischen Verfall der Kosten aus. In Verbindung mit der ebenfalls rasanten Entwicklung von Robotern, ein durchaus vielversprechender Ansatz auch für die Endlagerung von besonders hochaktivem „Restmüll“.

Beseitigung in Reaktoren .

In diesem Blog ist schon vieles über Reaktoren mit schnellem Neutronenspektrum geschrieben worden. Man kann nur hoffen, daß auch die USA den Mut haben, diesen Weg einzuschlagen. Ein guter Start wäre der Bau z. B. eines PRISM als Demonstrationsreaktor für die Beseitigung von überschüssigem Waffen-Plutonium in der Hand des Energieministeriums. Vieles könnte unter den militärischen Bedingungen der Kernwaffenproduktion schnell und problemlos durchgeführt werden. Milliarden Dollar sind durch die ohnehin bereitzustellenden Beseitigungskosten unter dem politischen Druck der Abrüstungsverträge vorhanden. Der Demonstrationsreaktor wäre — ähnlich der Geschichte des Druckwasserreaktors als Antrieb für U-Boote — sehr schnell und kostengünstig in eine zivile Anwendung überführbar. Ist dies vielleicht der wahre Grund, warum „Atomkraftgegner“ so verbissen an der direkten Endlagerung fest halten?

Notbremse gezogen?

Anfang Mai schrieb der „Energieminister“ (US Energy Secretary Rick Perry) der USA eine Mitteilung an sein Parlament (Congress), daß er im Grunde den Bau der Anlage zur Produktion von Mischoxid-Brennelementen (MOX) in Savannah River Site in South Carolina abgebrochen habe. Die Anlage ist bereits zu 70% fertiggestellt und sollte aus 34 to waffengrädigem Plutonium Brennstoff für Leichtwasserreaktoren herstellen.

Die Vorgeschichte

Bereits vor dem Zusammenbruch der Sowjetunion setzte ein gewaltiges Abrüstungsprogramm zwischen den USA und Russland ein. Letztendlich wurden im Rahmen des ersten Vertrages zur Verringerung strategischer Waffen (START I) tausende Raketen und Sprengköpfe auf beiden Seiten vernichtet. Damit saß jeder der beiden Vertragspartner auf zig Tonnen waffengrädigem Materials, aus dem man zehntausende von neuen Sprengköpfen hätte bauen können. Im Zeitalter des aufkeimenden Terrorismus eine äußerst unbehagliche Situation, zumal die Sowjetunion in Auflösung begriffen war.

Die Mengen an hochangereichertem Uran stellten nur ein kleines Problem dar: Sie wurden mit abgereichertem Uran auf die Gehalte für Brennstoff verschnitten und nach und nach in Kernkraftwerken zur Stromerzeugung verbraucht. Gleichwohl waren die Mengen so gewaltig, daß für Jahre der Markt für Natururan nahezu zusammenbrach. Für sich genommen schon ein gewaltiger Schaden für die Uranbergwerke.

Ganz anders verhielt es sich mit dem Plutonium. Jeder der beiden Vertragspartner verfügte nun über einen Überschuß von 34 to waffengrädigem Plutoniums, der irgendwie aus der Welt geschafft werden mußte. Um zu verstehen, warum das gar nicht so einfach ist, muß man sich etwas näher mit Plutonium beschäftigen.

Das besondere Plutonium

Plutonium ist ein chemisches Element mit der Ordnungszahl 94 (94 Protonen im Kern), welches faktisch nicht in der Natur vorkommt. Es kann zwar in verschiedene chemische Verbindungen mit verschiedenen chemischen Eigenschaften überführt werden, nicht aber auf chemischen Wegen wieder aus der Welt geschafft werden. Es kommt in zahlreichen Isotopen (unterschiedliche Anzahl von Neutronen im Kern) — von Pu236 bis Pu244 — mit jeweils eigener Halbwertszeit und eigenem Einfangquerschnitt für Neutronen vor. Die einzige Möglichkeit es wieder aus der Welt zu schaffen, ist es mittels Neutronen zu spalten oder wenigstens in andere Isotopen um zu formen.

Schon in den Anfängen der Entwicklung von Kernwaffen hat man erkannt, daß Pu239ein idealer Kandidat für den Bau von Kernwaffen ist. Es ist recht einfach und preiswert in „speziellen Reaktoren“ in beliebigen Mengen aus Natururan herstellbar und es besitzt ein Optimum aus „Lebensdauer“ und Einfangquerschnitt im auftretenden Energiespektrum einer Kernexplosion.

Jede Kernwaffe altert durch spontane Zerfälle. Je kürzer die Halbwertszeit des Materials ist, desto schneller ist die Kernwaffe unbrauchbar. Jeder Kern, der schon zerfallen ist, steht für die Kettenreaktion im Ernstfall nicht mehr zur Verfügung. Dies ist leicht einsichtig. Jeder Spontanzerfall löst aber eine ganze Kette weiterer radioaktiver Produkte aus. Jedes Glied hat eigene, energieabhängige Einfangquerschnitte. Vereinfachend gesagt, viele verbrauchen nur Neutronen, die für eine Kettenreaktion nicht mehr zur Verfügung stehen können. Im Extremfall bricht die „Explosion“ sehr schnell in sich zusammen.

Der Zweck einer Kernwaffe ist Zerstörung (Druckwelle, Feuerball und Strahlung). Dafür braucht man eine hohe Leistung (Energie pro Zeiteinheit). Mit einfachen Worten: Man muß möglichst viele Kerne (ungefähr 200 MeV pro Spaltung) in nahezu „Null Sekunden“ spalten. Das Geheimnis des Bombenbaues liegt nun in der Beherrschung der Kettenreaktion: Mit jeder Spaltung werden weitere Neutronen frei, die von Generation zu Generation (jeweils etwa Verdoppelung) immer noch mehr Kerne spalten könnten — wenn sie nicht parasitär weggefangen werden oder den Ort des Geschehens einfach mit hoher Geschwindigkeit verlassen würden ohne überhaupt jemals einem spaltbaren Kern begegnet zu sein. Insbesondere für diesen „Verlust von Neutronen durch Austritt“ ist die schnelle Ausdehnung des Spaltmaterials durch die entstehende Hitze verantwortlich.

Waffengrädiges- oder Reaktorplutonium?

Von „Atomkraftgegnern“ wird immer wieder behauptet, man könne auch aus Reaktorplutonium „Bomben bauen“. Man möchte damit Plutonium aus der Wiederaufbereitung von Brennelementen aus Leichtwasserreaktoren gefährlicher erscheinen lassen, als es in Wirklichkeit ist. Bestenfalls steckt dahinter Wortklauberei. Natürlich kann man mit großem Aufwand unter Laborbedingungen auch mit Reaktorplutonium eine Kettenreaktion auslösen — bloß bringt man damit keine Fensterscheibe zum wackeln. Deshalb ist auch noch keiner so bescheuert gewesen, mit gewaltigem Aufwand eine „Atombombe“ aus Reaktorplutonium zu bauen, die trotzdem nur einem Knallfrosch gleicht, wenn er mit geringstem Aufwand aus Natururan waffengrädiges Plutonium erzeugen kann.

Damit ist auch ein Weg aufgezeigt, wie man „altes Bombenplutonium“ dauerhaft und sicher beseitigen kann. Setzt man es als Brennstoff in Leistungsreaktoren ein, wird dadurch ein erheblicher Teil der Ursprungsmenge „verbrannt“ und gleichzeitig der Rest durch die Bildung von anderen Isotopen verdorben. Denn nicht jeder Kern Pu239 wird durch das Einfangen eines Neutrons gespalten, sondern wird teilweise bloß in ein anderes Isotop (Pu240, Pu241 usw.) umgewandelt. Man kann das mit dem vergällen von trinkbarem Alkohol vergleichen: Der Zusatz von geringen Mengen ähnlicher Stoffe macht aus einer großen Menge Genussmittel einen für Menschen giftigen Industriealkohol. Der Trick ist der Gleiche: Der Aufwand zur Trennung wäre um ein vielfaches höher, als die erneute Herstellung von Trinkalkohol.

Grundsätzlich kann man „überschüssiges Bombenplutonium“ in schnellen Reaktoren oder in konventionellen Leichtwasserreaktoren einsetzen. Effektiver ist der von Rußland eingeschlagene Weg der Herstellung von Brennstoff für einen natriumgekühlten Reaktor mit schnellen Neutronen: Man kann größere Anteile (schnelle Reaktoren über 20%, LW bis rund 8%) verwenden. Dies vereinfacht schon mal die notwendige Überwachung bei der Produktion. Durch eine angepaßte Fahrweise (nicht die Energieerzeugung steht im Vordergrund, sondern die Erzeugung ungeeigneter Isotope) kann man recht schnell große Mengen Plutonium für eine Waffenproduktion dauerhaft unbrauchbar machen. So gibt es beispielsweise ein Konzept — bestehend aus zwei PRISM-Reaktoren — innerhalb von nur zwei Jahren alle Überschussbestände in Großbritannien für eine Waffenproduktion unbrauchbar zu machen. Elektrische Energie könnten diese Reaktoren mit diesem Plutonium dann trotzdem noch viele Jahrzehnte weiter produzieren.

Der Weg über MOX

Üblicherweise setzt man in Kernkraftwerken einen Brennstoff aus (nur) angereichertem Uran ein. Man kann aber auch einen Brennstoff aus einer Mischung aus Uranoxid und Plutoniumoxid verwenden. Keine neue Erfindung. Bereits 1972 wurde in Deutschland (!) erfolgreich ein Mischoxid in einem Reaktor verwendet. Heute sind rund 5% aller verwendeten Brennelemente weltweit vom Typ MOX. Führend in dieser Technologie ist mit großem Abstand Frankreich. Ursprünglich wollte man damit den Verbrauch von Natururan strecken. Es war daher nicht abwegig, über diese Schiene auch das „Überschuß-Plutonium“ aus der Rüstung vernichten zu wollen. Nur mußte aus politischen Gründen (Proliferation und Verträge mit Rußland) in USA erst einmal eine neue Anlage gebaut werden. Und damit nahm das Verhängnis seinen Lauf…

Wenn man eine verfahrenstechnische Großanlage in Auftrag gibt, sollte man vorher wissen, welches Produkt man eigentlich herstellen will, welche Vorschriften im eigenen Land gelten und welchen Rohstoff man genau einsetzen muß. Ganz offensichtlich für Politiker (per Eigendefinition Alleskönner) und öffentliche Verwaltungsapparate (zumindest, wenn sie sich auf einem neuen Gebiet bewegen sollen) eine unlösbare Aufgabe. Wie immer, wurde erst einmal — im Bewußtsein kein eigenes Geld, sondern das Geld der Steuerzahler zu verschwenden — eine Anlage für den Durchsatz von 3,5 to Plutonium pro Jahr bei Areva für 2,7 Milliarden Dollar in Auftrag gegeben. Baubeginn war 2007 mit einer geplanten Fertigstellung im Jahr 2016.

Nachdem der Baubeginn bereits erfolgt war, stellte man fest, daß der spezielle Eingangsstoff — besagtes Waffenplutonium zur Vernichtung in Leichtwasserreaktoren — anders, als das übliche Plutonium — Plutonium aus französischer Wiederaufbereitung von Kernbrennstoff— war. Flugs mußte noch ein kompletter zusätzlicher Verfahrensschritt zur Entfernung von Verunreinigungen eingeführt werden. Die Anlage — fast genau so groß, wie die bereits im Bau befindliche — wurde verniedlichend „Aqueous Polishing“ genannt. Die geplante Fertigstellung verschob sich auf 2019 und die geplanten Kosten schossen auf 4,9 Milliarden Dollar hoch.

Im Jahre 2012 führte man eine Untersuchung durch und aktualisierte die Kostenschätzung auf 7,7 Milliarden. Eine weitere Untersuchung im Jahre 2016 ergab eine Kostenschätzung von 17,2 Milliarden und eine Inbetriebnahme nicht vor 2025. Wie bei öffentlichen Projekten üblich — wir kennen das vom Flughafen BER in Berlin — wurschtelt man weiter vor sich hin. Jährlich versickerten zwischen 350 und 500 Millionen Dollar aus diversen Haushaltstiteln in diesem Sumpf. Ein schönes Auftragsvolumen, für das man schon etwas für die Politik tun kann.

Die Programmkosten

Mit dem Bau der Anlage ist es aber noch nicht getan. In einer Marktwirtschaft muß man auch noch Kunden für das Produkt finden. In diesem Fall, wegen der geltenden Abrüstungsverträge, ausschließlich in den USA. Die Kernkraftwerke in den USA müssen aber Genehmigungen für den Betrieb mit MOX-Brennelementen besitzen. Sie müssen geprüft und umgebaut werden. Mit anderen Worten, im Moment würden die Betreiber die Brennelemente nicht einmal geschenkt nehmen. Lange Rede, kurzer Sinn, das Energieministerium schätzt die Gesamtkosten für das Programm auf 50 Milliarden Dollar. Das entspricht einem Preis von über 1,4 Millionen Dollar für jedes Kilogramm Waffenplutonium. Selbst wenn man die Anlagen noch für andere Zwecke nutzen kann, ist das ein Irrsinn.

Dieser Vorgang zeigt sehr schön, was geschieht, wenn man Politikern solche komplexen technischen Herausforderungen überläßt. Man muß nur so ein verrücktes Programm starten und erschließt sich damit eine sprudelnde Geldquelle: In diesem Fall mit ursprünglich „etwa 1 Milliarde für ein tolles Abrüstungsprogramm“ oder einer „Eiskugel für eine Energiewende“ bei uns. Sind erstmal genug Laiendarsteller auf den Zug aufgesprungen, kann man sie beliebig ausquetschen. Der Politiker steht vor der Alternative: Ich verbrenne weiterhin das Geld fremder Leute (sprich unsere Steuern) oder gebe zu, gar nicht allwissend zu sein, was das Ende der eigenen Karriere bedeutet. Solche „Steuergelder-Verbrennungsanlagen“ werden erst gestoppt, wenn Kräfte an die Regierung kommen, die bisher nicht im etablierten Machtapparat tätig waren. Dies geschah mit der Wahl von Donald Trump zum 45. Präsidenten der USA, der schon in seinem Wahlkampf lieber vom „Sumpf“ sprach und ungern das etablierte Synonym „Washington“ benutzte.

Wie geht’s weiter

Allerdings ist mit dem Baustopp der Anlage noch lange nicht das Problem beseitigt. Dabei ist das Plutonium selbst das geringste Problem: Es schlummert weiterhin in den Tresoren vor sich hin. Was drückt, sind die Abrüstungsverträge mit Russland. Im Moment herrscht ein seltsames gegenseitiges „Wegsehen“: Die USA kommen nicht mit der Vernichtung ihres „Überschussplutonium“ voran, dafür regt man sich nicht sonderlich über den Bruch des Abrüstungsabkommens über Mittelstreckenwaffen (Landgestützte Cruise missile mit „Atomsprengköpfen“) durch Putin auf.

Es muß also eine Lösung her. Zumindest über einen weiteren Ansatz, wird hier demnächst berichtet…

Trump kündigt das „Iranabkommen“

Für manche in Deutschland ist es wie eine Bombe eingeschlagen: Trump hat den „Joint Comprehensive Plan of Action“ nicht mehr verlängert. Dies ist schon die erste wichtige Feststellung: Es hat sich nie um einen völkerrechtlichen Vertrag – wie z. B. die zahlreichen Abrüstungsabkommen mit Rußland – gehandelt, sondern viel mehr um eine „Bekundung“ des vorhergehenden Präsidenten Obama. Für eine Ratifizierung des US-Parlaments hat es nie gereicht, denn es hat schon immer zahlreiche Kritiker gegeben. Dies sei schon einmal vorab allen gesagt, die reflexartig auf den Präsidenten Trump einprügeln – sei es aus Unkenntnis oder tiefer linker Gesinnung. Deshalb mußte dieses seltsame Abkommen vom jeweiligen Präsidenten turnusgemäß verlängert werden. Auf jeden Fall eine Gewissensentscheidung, wie sie einsamer nicht zu treffen ist. Präsident Trump hat sich die Entscheidung wahrlich nicht leicht gemacht, hat er doch bisher jedesmal verlängert. Er hat aber auch bei jeder Verlängerung eindringlich auf seine Bedenken aufmerksam gemacht und damit dem Mullah-Regime die Hand für Verhandlungen gereicht. Was kam, war jedesmal eine schroffe Ablehnung. Die Mullahs haben sich gründlich verzockt. Präsident Trump ist kein Jimmy Carter und auch kein Obama. Man mag es nicht glauben, wenn man ausschließlich GEZ-Verlautbarungen hört: Präsident Trump ist ein Mann mit klaren Überzeugungen – egal ob man sie mag oder nicht. Auch in dieser Frage ist er seit seinen Wahlkampfbekundungen keinen Millimeter von seinen Aussagen abgewichen. Es wäre gerade unserer selbsternannten „Führungselite“ dringend angeraten, endlich einmal aufmerksam zu zu hören. Nicht Präsident Trump ist unberechenbar, sondern die „Politikerkaste“, deren oberster Karrieregrundsatz „was kümmert mich mein Geschwätz von gestern“ ist. Präsident Trump macht das, von dem er überzeugt ist und nicht das, was unsere Realitätsverweigerer glauben was er machen sollte.

Was ist so schlecht an diesem Abkommen?

In diesem Blog ist bereits schon bei der Verabschiedung dieses Abkommens ein kritischer Artikel erschienen. Eine alte Geschäftsweisheit lautet: Ein gutes Geschäft ist nur eines, was für beide Seiten ein gutes Geschäft ist. Übertragen auf dieses Abkommen kann man sagen, daß es ausschließlich für Iran ein gutes – um nicht zu sagen Bombengeschäft war. Für den gesamten Nahen Osten eine einzige Katastrophe und für Israel eine existenzielle Bedrohung. Warum eine so eindeutige Feststellung: Iran hat den Bau von Kernwaffen nur um wenige Jahre verschoben. Bei Lichte besehen, nicht einmal das. Betrachtet man das System aus Kernwaffe und Rakete, hätte Iran ohne das Abkommen keinesfalls schneller zum Ziel kommen können. Eher im Gegenteil. Für dieses Stück Papier hat es jedoch irgendwo zwischen 100 und 200 Milliarden US-Dollar kassiert: Freigabe von gesperrten Konten, Ölverkäufe etc. Überraschung, es hat dieses Geld nicht zum Nutzen der eigenen Bevölkerung eingesetzt, sondern für eine beispiellose Aufrüstung und zur Finanzierung des Terrorismus. Mullahs ticken halt sehr viel anders, als idealistische europäische Friedensengel. Wie groß wäre wohl die Bedrohung von Israel und Saudi Arabien durch iranische Raketen und die Anzahl der Opfer in Jemen und Syrien ohne diesen „Geldsegen“ gewesen? Wer glaubte, die Welt hätte aus der Erfahrung des „Münchener Abkommens“ gelernt, ist bitter enttäuscht worden. Diktatoren mit Sendungsbewusstsein lassen sich nicht durch gut gemeinte Gesten von ihrem Kurs abbringen. Getrieben durch religiöse Wahnvorstellungen sind sie in der Lage, ganze Völker auszurotten. Im Zusammenhang mit Israel alles andere als eine Übertreibung. Gerade als Deutsche haben wir die Pflicht, solche Diktatoren und ihre .– ständig wiederholten – Aussagen ernst zu nehmen. Wir haben es uns schon einmal vorgemacht, daß ein gewisser Adolf Hitler alles nicht so ernst meint. Am Ende dieser Selbsttäuschung stand dann Auschwitz.

Der Zusammenhang mit Nord-Korea

Es gibt einen wesentlichen Unterschied zwischen der Diktatur in Nord-Korea und Iran. Kim und seine Clique ist eine gewöhnliche Mafia-Truppe: Sie beutet das eigene Volk bis aufs Blut aus, macht auch gern ein paar illegale Geschäfte, ist sich aber darüber im Klaren, wenn der Sheriff mit der Kavallerie kommt ist Schluß mit Lustig. Soll heißen: Die Bedrohung seiner Nachbarn oder der USA mit Kernwaffen ist letztendliche Selbstmord. Mit Teheran verhält es sich anders. Wer überzeugt ist, er wird mit 72 Jungfrauen belohnt, wenn er sich selbst in die Luft sprengt, ist ein anderes Kaliber. Da helfen Verträge nur sehr bedingt.

Wenn man solchen Regimen Kernwaffen zubilligt, wem will man sie dann noch verwehren? Wie lange sollen Nachbarländer (Saudi Arabien, Vereinigte Emirate, Irak usw.), die sich bereits heute faktisch im Kriegszustand mit Iran befinden auf Kernwaffen verzichten? Will man in Europa die Raketenabwehr weiter ausbauen? Wie will man die daraus resultierenden Verwicklungen mit Rußland meistern (Schon heute behauptet Putin, daß die Abwehrsysteme in Rumänien in Wirklichkeit gegen ihn gerichtet sind)?

Die Konsequenzen

Manchmal gibt es nur eindeutige Entscheidungen. Wenn man einem Psychopaten, der ständig gewalttätig gegen seine Nachbarn ist, auch noch eine Schusswaffe zugesteht, macht man sich an dem absehbaren Blutbad mitschuldig. Wenn man ein Land wie Israel, dem ständig die Ausrottung angedroht wird, ohne Unterstützung läßt, muß man nicht erstaunt sein, wenn dieses Land irgendwann zu einem Präventivschlag ausholt. Wer Krieg und unschuldige Opfer verhindern will, muß jetzt handeln. Ein verschieben des Problems um wenige Jahre – und nichts weiter ist das Abkommen gewesen – ist lediglich weiße Salbe. Jetzt kann man die Mullahs noch mit Wirtschaftssanktionen bändigen, sind sie erstmal Atomwaffenmacht, wird es mit Sicherheit nicht einfacher. Gleichzeitig zeigt man allen Potentaten deutlich die Konsequenzen von Kernwaffen auf.

Wenn Leute von den eingehaltenen Bedingungen faseln, stellen sie damit nur unter Beweis, daß sie nie den Text gelesen haben. Allein der Passus über Anmeldefristen und zur Inspektion freigegebener Orte ist ein einziger Witz. Selbst die Abkommen in den schlimmsten Zeiten des „Kalten Kriegs“ haben mehr Überwachungen erlaubt und damit Vertrauen geschaffen. Allerdings kommt man hiermit zum entscheidenden Unterschied: Es waren Abrüstungsverträge. Man hat die Verschrottung und deren Überwachung vereinbart. Vor allen Dingen aber, hat man die Trägersysteme mit einbezogen. Iran hingegen, hat sich lediglich bereit erklärt, die Entwicklung von Sprengköpfen um etwa eine Dekade zu verschieben. Dafür haben sie alle Mittel in die Entwicklung von Raketen gesteckt. Gerade das Beispiel Nord-Korea zeigt aber, wie problematisch der umgekehrte Weg ist. Nord-Korea hat bereits funktionierende Sprengköpfe vorgeführt, hat aber Schwierigkeiten mit den Trägersystemen. Erst als diese medienwirksam gestartet wurden hat die Weltöffentlichkeit reagiert.

Politischer Schaden

Unsere großartigen Fachkräfte der Außenpolitik haben bereits einen Scherbenhaufen angerichtet, ohne sich dessen überhaupt bewußt zu sein. Erst haben sie sich ein katastrophales Abkommen abhandeln lassen. Getreu dem Grundsatz „die Partei hat immer recht“ klammern sie sich nun daran. Obwohl sie hätten erkennen müssen, daß irgendwann jemand neues kommt, der sich nicht an dieses Machwerk gebunden fühlt.

Als wenn der Schaden nicht schon genug wäre, lassen sie sich jetzt auch noch von den Mullahs vorführen. Ganz offen gehen sie auf Konfrontationskurs mit den USA. Kann diesen Größen nicht einmal jemand einen Globus schenken, damit sie mal kapieren, wer zuerst betroffen ist? Es sind die gleichen Strategen, die schon nicht adäquat auf Erdogan reagieren konnten. Gegen die Mullahs ist Erdogan jedoch ein lupenreiner Demokrat und ein lediglich islamistisch angehauchter Politiker.

Als nächstes werden noch die Trittbrettfahrer China und Russland auf den Zug gegen Amerika aufspringen. China wird versuchen sich das Öl und Erdgas Irans billig zu sichern. Putin muß den Mullahs ohnehin aus der Hand fressen, da sie für seine Interessen im Mittelmeer das Kanonenfutter liefern. Deutschland ist dabei, seinen fetten Hintern gleich zwischen alle Stühle zu setzen. Langfristig, könnte die „Flüchtlingspolitik“ dagegen noch ein harmloses Abenteuer gewesen sein.

Evolution der Brennstäbe

Auch die kontinuierliche Weiterentwicklung einzelner Bauteile kann die Sicherheit von Reaktoren erhöhen. Dies gilt besonders nach den Erfahrungen aus dem Unglück in Fukushima.

Brennstäbe heute

Brennstäbe für Leichtwasserreaktoren haben eine Durchmesser von nur 11 mm bei einer Länge von fast 5 m. Sie sind deshalb so instabil, daß sie zu sog. Brennelementen fest zusammengebaut werden. Dort werden sie durch Abstandshalter und Befestigungsplatten in ihrer Position gehalten. Zusätzlich enthalten die noch Einbauten für Regelstäbe, Messeinrichtungen usw. Wichtig in diesem Zusammenhang ist, daß solche Brennelemente mit sehr engen Toleranzen gefertigt werden müssen, da z. B. die sich ergebenden Abstände sehr entscheidend für die Strömungsverhältnisse (Kühlung) und die Abbremsung der Neutronen sind.

Die Brennstäbe bestehen aus Hüllrohren aus Zirkalloy mit Wandstärken von weniger als einem Millimeter und sind mit Tabletten aus Urandioxid gefüllt. Auf die Konsequenzen aus dieser Materialwahl wird später noch eingegangen werden. Die Tabletten sind gesintert („gebrannt“ wie eine Keramik) und anschließend sehr präzise im Durchmesser geschliffen; an den Stirnflächen konkav gearbeitet, um Ausdehnungen im Betrieb zu kompensieren usw. All dieser Aufwand ist nötig, um die Temperaturverteilung im Griff zu behalten.

Das Temperaturproblem

Brennstäbe dürfen nicht schmelzen, denn dann ändert sich ihre mechanische Festigkeit und ihre Abmessungen (Kühlung und Neutronenspektrum). Keramiken sind zwar chemisch sehr beständig, besitzen aber gegenüber Metallen nur eine sehr schlechte Wärmeleitung. Jeder kennt den Unterschied, der schon mal heißen Kaffee aus einem Metallbecher getrunken hat. Außerdem sind Keramiken sehr spröde.

Die gesamte Wärme kann nur über den Umfang an das Kühlwasser abgegeben werden. Sie entsteht aber ziemlich gleich verteilt innerhalb des Brennstabes, da er für Neutronen ziemlich durchsichtig ist. Dies hat zur Folge, daß es einen sehr starken Temperaturunterschied zwischen Zentrum und Oberfläche gibt. Zusätzlich verschlechtert sich auch noch die Wärmeleitfähigkeit mit zunehmender Temperatur. All das führt dazu, daß der Brennstab in seinem Innern bereits aufschmelzen kann, obwohl er an seiner Oberfläche noch relativ kalt ist. Die Temperaturdifferenz zwischen Oberfläche und Kühlwasser ist aber in dieser Phase die bestimmende Größe für die Wärmeabfuhr.

Steigt die Oberflächentemperatur über die Verdampfungstemperatur des Kühlwassers, fängt das Wasser (an der Oberfläche) an zu verdampfen. Die Dampfblasen kondensieren nach deren Ablösung im umgebenden „kalten“ Wasser. Durch dieses sogenannte „unterkühlte Blasensieden“ kann man sehr große Wärmemengen abführen. Tückisch ist nur, wenn die Wärmeproduktion durch Kernspaltung einen Grenzwert übersteigt, bildet sich eine geschlossenen Dampfschicht auf der Oberfläche die auch noch stark isolierend wirkt. Als Folge steigt die Temperatur in der dünnen Brennstabhülle explosionsartig an. Dampf in Verbindung mit hoher Temperatur führt aber zur Oxidation des Zirkalloy. Die Hülle verliert schnell ihre Festigkeit.

Harrisburg und auch Fukushima

Bricht die Kühlung zusammen, überhitzen die Brennstäbe. Wie Fukushima gezeigt hat, kann das auch noch (kurz) nach dem Abschalten des Reaktors geschehen, da dann die Nachzerfallswärme noch sehr groß ist. Durch die hohen Temperaturen in den Brennstabhüllen in Verbindung mit Wasserdampf oxidieren die Hüllen und setzen dabei große Mengen Wasserstoff frei. Dieser Wasserstoff hat zu den fürchterlichen Explosionen in den Reaktorgebäuden geführt. In Harrisburg waren die Wasserstoffmengen zwar beherrschbar, aber auch damals schon zerfielen Teile des Reaktorkerns. Die Wiederbenetzung konnte zwar schlimmeres verhindern – aber man schrecke mal eine glühende Tasse mit Wasser ab.

Für alle Leichtwasserreaktoren bedeutet das, die zulässigen Temperaturen müssen bei allen Betriebsbedingungen in allen Teilen des Reaktorkerns sicher eingehalten werden. Mit anderen Worten, die Kühlung darf nie versagen. In diesem Sinne ist der Sicherheitsgewinn einer passiven (auf die natürlichen Kräfte, wie z. B. Schwerkraft beruhende) Kühlung zu verstehen.

Oberflächenschutz der Brennstäbe

Insbesondere nach den Ereignissen in Fukushima hat man unterschiedlichste Maßnahmen ergriffen, um die Sicherheit bestehender Kraftwerke weiter zu erhöhen. Außerhalb Deutschlands nach den üblichen Vorgehensweisen wie sie bei Flugzeugabstürzen, Schiffsunglücken etc. üblich sind: Akribische Untersuchung der Schadensabläufe mit dem Zweck Schwachstellen zu ermitteln und Lösungen dafür zu finden. Ein Weg war die Verbesserung der Brennstabhüllen. Zu diesem Zweck hat man z. B. in den USA das Entwicklungsprogramm „Enhanced Accident-tolerant Fuel programme.“ gestartet.

Aus einer internationalen Zusammenarbeit haben sich zwei neue Konzepte – IronClad und ARMOR. – entwickelt, deren Prototypen im Kernkraftwerk Hatch in Georgia, USA seit März 2018 im Normalbetrieb getestet werden. Der Test unter realen Bedingungen in einem laufenden Kernkraftwerk ist ein üblicher Entwicklungsschritt. Nur so kann man Fehlentwicklungen vermeiden.

IronClad sind Hüllrohre, die aus einer Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung bestehen. Man glaubt damit einen wesentlich robusteren Werkstoff gefunden zu haben, der nicht so temperaturempfindlich ist, nicht so leicht oxidiert und kein Wasserstoffgas produziert.

ARMOR ist ein eher evolutionärer Ansatz. Man panzert konventionelle Hüllrohre mit einer Schutzschicht auf der Basis von Chrom. Es sind Produkte dreier Hersteller in der Erprobung: Global Nuclear Fuel-Japan Co (GE-Hitachi), Framatom mit zusätzlich mit Chrom geimpften Brennstofftabletten und EnCore Fuel.(Westinghouse) mit Tabletten auf der Basis von Uran-Siliciden.

Ein ganz neues Konzept

Das Unternehmen Lightbridge hat das Bauelement Brennstab noch einmal ganz neu gedacht und bereits prototypenreif entwickelt. Inzwischen ist man eine Kooperation für die Weiterentwicklung und Serienproduktion mit Framatom eingegangen. Entscheidend war die Anforderung des Ersatzes von Brennstäben in konventionellen Leichtwasserreaktoren im Betrieb. Deshalb ist nicht nur ein Ersatz, sondern auch ein gemischter Betrieb mit konventionellen Brennelementen angestrebt worden.

Der Übergang von keramischem Uranoxid auf eine metallische Legierung aus Uran und Zirkon ist für Leichtwasserreaktoren revolutionär. Bisher wurde so etwas nur in schnellen Reaktoren mit Natrium – und nicht Wasser – als Kühlmittel gemacht. Ebenso neu ist die Form: Sie sind nicht mehr zylindrisch, sondern kreuzförmig. Diese Kreuze sind spiralförmig verdreht, sodaß sich vier gewindeähnliche Kanäle für das Kühlwasser bilden.. Außen sind sie mit einer dünnen und fest verbundenen Schicht aus Zirkon versehen um eine übliche Wasserchemie zu gewährleisten. Diese „Gewindestäbe“ liegen in dem Brennelement dicht beieinander, sodaß keine Abstandshalter mehr erforderlich sind.

Metall verfügt über eine bessere Wärmeleitung als Keramik und die Kreuzform ergibt eine größere Oberfläche und dünnere Querschnitte. Beides führt zu geringeren Betriebs- und Spitzentemperaturen (starke und schnelle Lastschwankungen). Der Strömungswiderstand solcher Brennelemente ist kleiner, wodurch sich der Durchfluß durch den Kern bei gleicher Pumpenleistung erhöht. Man geht deshalb von einer möglichen Leistungssteigerung von 10% aus. Ein nicht zu unterschätzender wirtschaftlicher Anreiz, wenn man in einer bestehenden Flotte für „kleines Geld“ ganze Kraftwerke zusätzlich erhält.

Die neuen Lightbridge-Brennelemente vertragen alle Leistungstransienten besser, sind aber vom Prinzip her gegen längerfristige Kühlmittelverluste anfälliger, da Metalle einen geringeren Schmelzpunkt als Keramiken besitzen. Dies war der Hauptgrund für die ursprüngliche Wahl von Uranoxid als Werkstoff.

Bei einer Simulation eines Abrisses einer Hauptkühlmittelleitung bei einem VVER-1000 Druckwasserreaktor ergab sich eine maximale Kerntemperatur von 500 °C. Dieser Wert liegt weit unterhalb von der Temperatur, bei der überhaupt Wasserstoff (900 °C) gebildet wird. Durch die hohe Wärmeleitung stellt sich bereits wieder nach 60 Sekunden nach erfolgter Wiederbenetzung erneut die normale Betriebstemperatur ein. Bei konventionellen Brennelementen steigt die Temperatur auf über 1000 °C und erreicht erst nach acht Minuten wieder den stabilen Zustand. Dies hat einen erheblichen Druckanstieg im Reaktor zur Folge, der ein ansprechen der Sicherheitsventile erforderlich macht. Bei diesem Abblasen gelangen auch geringe Mengen von radioaktivem Jod und Cäsium (zumindest) in das Containment. Der Abriß einer Hauptkühlmittelleitung ist der Auslegungsstörfall, der sicher beherrscht werden muß.. In diesem Sinne führen die Lightbridge-Brennelemente zu einem Sicherheitsgewinn.

Es sind aber noch etliche praktische Erfahrungen zu sammeln. Ein Reaktor ist ein komplexes physikalisches und chemisches System. Dies betrifft z. B. das Rückhaltevermögen für Spaltprodukte unter allen möglichen Betriebs- und Störfallbedingungen. In der Kerntechnik dauert wegen der besonderen Sicherheitsansprüche halt alles länger. Die Maßeinheit für die Einführung von Neuerungen ist eher Jahrzehnte als Jahre.

Ein weiterer vielversprechender Entwicklungsaspekt ist der Zusatz von Thorium als „abbrennbarer Brutstoff“ zur Ausdehnung der erforderlichen Ladezyklen auf vier Jahre. Um solch lange Ladezyklen zu erreichen, muß man den Brennstoff höher anreichern. Um diese Überschußreaktivität zu kompensieren muß man abbrennbare Neutronengifte zumischen. Würde man Thorium verwenden, kann man diese Überschußneutronen zum Erbrüten von Uran-233 verwenden.. Längere Ladezyklen würden die Wirtschaftlichkeit bestehender Reaktoren weiter erhöhen.

Durch die Verwendung von metallischem Brennstoff ergeben sich auch völlig neue Perspektiven der Wiederaufbereitung. Durch den Übergang auf elektrochemische Verfahren – wie man sie bereits beim EBRII – erfolgreich ausprobiert hat, kann man zu kleinen Wiederaufbereitungsanlagen in der Nähe der Kernkraftwerke übergehen. Ein weiterer Lösungsweg für die angebliche Atommüllproblematik. Gerade im Zusammenhang mit der Wiederaufbereitung und Proliferation ist auch der Zusatz von Thorium besonders interessant.

Schlussbemerkung

Man sieht, daß die Leichtwasserreaktoren noch lange nicht am Ende ihrer Entwicklung angekommen sind. Insbesondere der Einsatz von metallischen Brennstäben ergibt nicht nur einen evolutionären Weg für bestehende Reaktoren, sondern auch für Neukonstruktionen. Im Zusammenhang mit passiver Kühlung kann ein erheblicher Sicherheitsgewinn erzielt werden. Irgendwann wird die Frage der Anpassung der Genehmigungsbedingungen gestellt werden müssen. Dann aber, beginnt das Kernenergiezeitalter erst richtig. Billige Energie im Überfluß. Egal, was in Deutschland darüber gemeint wird.

SMR, aktualisierter Stand

In der letzten Zeit kommt erneut Bewegung in die Entwicklung „kleiner“ Reaktoren. Anlass für eine Aktualisierung.

Was genau, soll ein SMR sein?

Die Definition eines „SMR“ (Small Modular Reactor) ist etwas vage. In den USA beruht sie auf dem ENERGY POLICY ACT von 2015. Im Abschnitt 608 „Treatment of Modular Reactors“ ist sie wie folgend definiert: Ein Kraftwerk mit höchstens 1300 MWel Gesamtleistung, welches aus mindestens zwei Blöcken mit einer elektrischen Leistung von 100 bis 300 MWel besteht. Dies ist eine etwas sehr geschraubte Definition, aber Politiker und Juristen brauchen wohl so etwas. Wenigstens wird nichts über die anzuwendende Technik vorgeschrieben. Inzwischen gibt es SMR-Entwürfe mit den Kühlmitteln Wasser, Edelgas, Salzschmelze und Flüssigmetall in der Entwicklung.

Zu welchen technischen Verrenkungen solche politischen Akte dann führen, sieht man am Projekt von NuScale Power: Dort werden zwei Reaktoren mit einer äquivalenten Leistung von je 50 MWel auf eine gemeinsame Turbine vorgeschlagen. Förderkriterium erfüllt. Es gibt aber zahlreiche Anwendungen, wo durchaus eine kleinere (thermische) Leistung sinnvoller ist: Kleine Städte in abgelegenen Regionen (Sibirien), Militärische Stützpunkte auf Inseln (China), Ölförderung und Minen (Kanada) etc. Wie es ausschaut, sind genau hier die ersten Anwendungen zu erwarten.

Weltmarkt

Im Jahr 2016 bestand der weltweite Primärenergieverbrauch zu 85% aus fossilen Energieträgern (33% Öl, 28% Kohle und 24% Erdgas). Demgegenüber ist die Kernenergie mit 5% geradezu vernachlässigbar. Sie wurde (nahezu) ausschließlich in der Stromversorgung eingesetzt. Dies hat sie übrigens mit den wetterabhängigen Energieformen Wasserkraft (7%) und „Renewables“ (3%) gemeinsam.

Der Bedarf an elektrischer Energie wird weltweit weiter ansteigen. Nach Schätzungen gibt es derzeit 1,2 Milliarden Menschen, die über keinen Stromanschluss verfügen und fast 3 Milliarden Menschen, die nicht einmal einen Kochherd besitzen. Alles Menschen, die alles dafür geben ihren mittelalterlichen Verhältnissen zu entfliehen – ganz im Gegenteil zu gewissen übersättigten Kreisen bei uns, deren falsches Ideal genau diesem Leben im vorindustriellen Zeitalter entspricht.

Will man in den Weiten Afrikas, Indiens usw. Kernenergie nutzbar machen, sind kleine Reaktoren der einzig gangbare Weg. Mit der heutigen Standardgröße von 1000+ MWel ist sonst der jahrzehntelange Weg über fossile Kraftwerke und großflächige Netze nötig. Um es an dieser Stelle deutlich zu sagen, wer das nicht will, muß unserer Erde noch zweimal Europa oder noch einmal China mit seinen fossilen Kraftwerken zusätzlich zumuten. Ob nun in Deutschland 40 Kohlekraftwerke geschlossen werden oder nicht, ist dafür nur der berühmte Tropfen auf den heißen Stein. Ganz nebenbei ist diese Frage auch der Lackmustest für alle „Klimaschützer“: Geht es wirklich um „Klimaschutz“ oder doch nur um „Gesellschaftsveränderung“?

Letztendlich wird der Preis pro installiertem Megawatt entscheiden. Er dürfte grundsätzlich höher sein, als bei fossilen Kraftwerken. Jedenfalls solange, wie man die bürokratischen Anforderungen aufrecht erhält. Allerdings muß man neben den höheren Brennstoffpreisen auch die notwendige Infrastruktur berücksichtigen: Ein Gaskraftwerk ist nur dann günstiger, wenn bereits eine geeignete Gasversorgung vorhanden ist. Für ein Kohlekraftwerk muß eine Eisenbahnlinie vorhanden sein. Hier kann ein SMR seinen Vorteil des geringen Kernbrennstoffverbrauchs – gerade in flächigen Ländern mit schlechter Infrastruktur – voll ausspielen.

Der wirtschaftliche Blickwinkel

Üblicherweise werden bei Kraftwerken die spezifischen Produktionskosten mit zunehmender Leistung kleiner. Dies betrifft sowohl die spezifischen Investitionskosten (EUR/MW), wie auch die Betriebskosten (EUR/MWh). Bei Kernkraftwerken ergibt sich aber eine Besonderheit: Hohe Finanzierungskosten (Investition) bei nahezu vernachlässigbaren Brennstoffkosten. Eine wesentliche Ursache für die hohen Finanzierungskosten ist die lange Projektdauer. Vom ersten Beschluss ein Kraftwerk zu bauen, bis zur ersten Stromproduktion vergehen oft Jahrzehnte. In dieser langen Zeit summieren sich die Zinsen und Zinseszinsen zu beträchtlichen Schuldenbergen.

Wichtig dabei ist, daß die „Bauzeit“ weniger von der Größe abhängt, als von der Stückzahl. Wenn man nahezu baugleiche Kraftwerke in Serie baut – wie einst in USA und Frankreich und heute in China – kann man auch Großkraftwerke in wenigen Jahren erstellen. Es kommt viel mehr auf die Organisation und das Vorhandensein von erfahrenen Fachkräften an. Negativbeispiele sind hierfür die Projekte von Areva in Finnland und Frankreich und die Baustellen des AP-1000 in den USA. Immer, wenn man mit unerfahrenem Personal „neue“ Typen baut, geht alles schief, was nur schief gehen kann – und darüber hinaus. Es ist deshalb nicht verwunderlich, daß beide Modelle in China – obwohl wesentlich später begonnen – als erste fertig werden.

Genau diesen Umstand versucht man durch eine industrielle Serienproduktion bei den SMR zu umschiffen. Allerdings liegt darin auch die größte Schwierigkeit. Für ein so komplexes Gebilde wie ein Kernkraftwerk, gibt es nur Parallelen im Flugzeugbau. Hier wie dort, kostet es Milliarden, bis ein neues Modell bis zur Serienreife entwickelt ist. Der Weltmarkt für Verkehrsflugzeuge reduziert sich daher nahezu auf zwei Konzerne.

Momentan sind hierzu nur die USA in der Lage. Nur sie verfügen über das notwendige Kapital und die fachliche Infrastruktur. Wohl gemerkt, es geht nicht darum mal einen kleinen Reaktor zu bauen, sondern eine ganz neue Industrie zu erschaffen.

Die nationale Sicherheit

Letztendlich ist der Erfolg von SMR eine rein politische Frage. Will man oder will man nicht. Bemerkenswert in diesem Zusammenhang sind die Diskussionen in Großbritannien. Dort will man immer stärker, nachdem man bereits schmerzlich erfahren hat, was Deindustrialisierung für Folgen hat. Man ist sich aber darüber im Klaren, daß es ohne einen (finanziell) starken Partner nicht geht. Eine europäische Lösung erscheint immer unwahrscheinlicher – nicht nur wegen des Brexit. Die Chinesen klopfen bereits an der Tür. Wahrscheinlich bleibt nur die atlantische Verbindung übrig.

In den USA spielt die SMR-Lobby nun verstärkt die Karte der „Nationalen Sicherheit“ aus. Dafür gibt es zwei gewichtige Argumente. Eins ist die bereits im Verborgenen existierende Industrie für Schiffsreaktoren. Sie baut bereits in Kleinserien erfolgreich „SMR“. Seit der Diskussion über die Kostenexplosion bei der neusten Trägergeneration ist man einer Öffnung in Richtung ziviler Technik nicht mehr so abgeneigt. Die andere Argumentationsschiene betrifft die Weiterverbreitung von Kernwaffen. Durch ihre technologische Führung konnte die USA die Trennung von ziviler und militärischer Technik bei der Lieferung von Kernkraftwerken erfolgreich steuern. Heute gibt es aber mit Rußland (in Iran) und China (in Pakistan) zwei Spieler, die wesentlich lockerer mit diesem Problem umgehen. Wollen die USA weiterhin Einfluß ausüben, müssen sie schnellstens etwas neues bringen. Besonders für Staaten, die noch gar keine friedliche Nutzung der Kernenergie haben.

Die Förderung

Kein (privates) Energieversorgungsunternehmen kauft heute noch ein völlig neues Modell. Das wirtschaftliche Risiko ist einfach zu groß. Dies gilt um so mehr in einer Welt, in der aus ideologischen Gründen bestimmte Energieformen besonders bevorzugt und subventioniert werden. Planwirtschaft wuchert wie Krebs in einer Volkswirtschaft und verdrängt systematisch technische und wirtschaftliche Kriterien. Am Ende steht der erlebte Zusammenbruch solcher Systeme.

In der realen Welt hofft man deshalb die politischen Fehlentscheidungen durch Forschungsförderung, Risikoübernahme, Subventionen etc. wieder zu heilen. Die SMR-Entwicklung ist dafür ein Paradebeispiel. Erst hat man ein bürokratisches und unkalkulierbares Genehmigungsverfahren erschaffen, welches man nun durch den Einsatz weiterer Steuergelder zu heilen versucht. In den USA hat man ein spezielles Förderprogramm für die Genehmigung von SMR als Leichtwasserreaktoren aufgelegt. Alle anderen Typen werden noch auf der Ebene von Forschungsreaktoren behandelt – Realisierung, wenn überhaupt, erst in Jahrzehnten zu erwarten.

Wenn man dann ein genehmigtes Modell hat, ist es trotzdem immer noch ein „Papierreaktor. Man muß dann noch jemanden finden, der auch einen gebaut haben will. Das ist der wesentliche Unterschied zwischen Kerntechnik und z. B. Flugzeugbau. Selbst wenn man einen Prototyp hat, kann man noch keine Bestellungen einsammeln, da auch für die Kunden nahezu unkalkulierbare politische Hürden existieren. Um es kurz zu machen, wenn Politik und Gesellschaft nicht radikal neu über das notwendige Eingehen von Risiken (Kern-, Gentechnik, Digitalisierung usw.) nachdenken, wird man generell keine Neuentwicklungen in den sog. Demokratien durchführen können – mit der Konsequenz, daß sich diese Gesellschaftsform durch Stagnation selbst abschafft. Vielleicht ist aber genau das, das wahre Ziel der „Großen Transformation“.

Im Moment sieht es so aus, daß man sich dessen zumindest in den USA und GB bewußt ist und deshalb die Frage der Energieversorgung auf die Ebene der „nationalen Sicherheit“ hievt, was nichts anderes heißt, daß der Staat für seine selbst geschaffenen Regularien auch die finanzielle Verantwortung übernehmen muß. Zahlen muß sowieso immer die Gesellschaft. Die Ebene der Steuermittel mit vorausgehenden Haushaltsberatungen und politischen Abwägungen der Einsatzzwecke ist jedoch wesentlich demokratischer, als das deutsche Modell der Zwangsgebühren, die nichts weiter als Schattenhaushalte sind.

So ist man in den USA auf gehandelt 20 Milliarden Dollar an bereitzustellenden Haushaltsmitteln für die „neue Kerntechnik“ angekommen. Wer Sicherheit will, muß dafür Geld bereitstellen. Anders als bei Rüstungsausgaben kann man allerdings von höheren Rückflüssen ausgehen.

Die internationale Situation

Jedenfalls ist die Kerntechnik weltweit alles andere als tot. Interessant ist die Liste der unterschiedlichen SMR-Projekte im Jahr 2017 in alphabetischer Reihenfolge der Länder: Argentinien (1), China (4), Dänemark (1), Frankreich (1), Indien (1), Japan (5), Kanada (2), Korea (1), Rußland (15), Südafrika (2), UK (1), USA (11).

Bereits im Bau befinden sich der CAREM-2S in Argentinien, der KLT-40S in Rußland und der HTR-PM in China.

Weit fortgeschritten im Genehmigungsverfahren bzw. der Konstruktion und damit kurzfristig baubar wären: SMART in Korea, RITM-200, BREST300-OD, SVBR und ABV-6M in Rußland, PRISM, NuScale, und mPower in den USA, PBMR-400 in Südafrika, 4S und GTHTR300 in Japan, ACP100 in China.

Bei den bereits im Bau befindlichen Reaktoren handelt es sich um erprobte Konzepte: Leichtwasserreaktoren und Kugelhaufenreaktor. Bei den kurzfristig realisierbaren Reaktoren kommen noch Reaktoren mit Natrium und Blei als Kühlmittel hinzu. Beides ebenfalls erprobte Konzepte mit teilweise Jahrzehnten Betriebserfahrungen zumindest als Prototypen.

Als einziger Reaktor mit kurzfristigem Potential für die Großserie scheint sich der Entwurf von NuScale Power heraus zu kristallisieren. Hoch modular, da nur eine Leistung von 50 MWel pro Reaktor. Voll integrierte Bauweise mit Dampferzeugern, Druckhaltung usw. in einem Behälter, daher komplett zu transportieren nach vollständigem Test in der Fabrik. Neuartiges Sicherheitskonzept als „Thermosflasche im Wasserbad“, bei dem der Austritt von Radioaktivität auch nach schwersten Störfällen ausgeschlossen ist. Wann und von wem wird die Fabrik dafür gebaut?

TRISO

Tri-Isotropic (TRISO) Brennstoff wird immer im Zusammenhang mit Hochtemperaturreaktoren (HTR) erwähnt. Oft mit schönen Bildern. Es lohnt sich, sich etwas näher damit zu beschäftigen.

Geschichte

Seit etwa 1957 wurde der Gedanke propagiert, sehr kleine Brennstoffpartikel mit geeigneten Mitteln zu ummanteln und als „Mini-Brennelemente“ einzusetzen. Im Vordergrund stand dabei der Gedanke, unterschiedlichste Brennstoffkombinationen zu verwenden: Hoch angereichertes Uran (HEU), schwach angereichertes Uran (LEU), Uran mit Thorium (U, Th), Uran mit Plutonium (U, Pu) und Plutonium (Pu). Es wurden umfangreiche Testreihen in aller Welt durchgeführt. Im Prinzip geht tatsächlich alles. Es gibt aber unterschiedlich Vor- und Nachteile.

So hat man z. B. in Deutschland auf Thorium als Brennstoff gesetzt. Man wollte damit eine zweite Schiene von Brutreaktoren schaffen, die die – wie man damals glaubte – geringen Uranvorräte strecken sollte. Diese Entwicklungsrichtung mündete in den Thorium-Hochtemperaturreaktor (THTR) in Hamm-Uentrop als Demonstrationskraftwerk. Diese Schiene kann man heute nur als Sackgasse bezeichnen. Jedenfalls so lange, wie die heutigen Regeln zur Nichtverbreitung von Kernwaffen bestehen bleiben. Man benötigte dafür nämlich auf 93% hoch angereichertes Uran. Heute lagern aus dieser Demonstration noch etwa 900 kg dieses Materials in der Form von schwach abgebrannten Brennelementen in Deutschland. Ein Thema, über das nicht gern öffentlich geredet wird: Die Grünen klammern sich an jedes Gramm, um ihren Gründungsmythos von der ungeklärten Entsorgungsfrage aufrecht erhalten zu können. Eigentlich müßte das Zeug längst in die USA verbracht sein. Es ist geradezu peinlich, wenn man vergleicht, welchen Aufwand die USA und sogar Rußland betreiben, um wenige Kilogramm aus Forschungsreaktoren weltweit wieder einzusammeln und zurück zu führen. In Deutschland steht das Zeug in mäßig bewachten Zwischenlagern rum. Eine tolle Ausgangsposition für Verhandlungen mit Iran, Nord Korea etc. Manchmal stellt man sich schon die Frage, ob das alles nur mit der Bildungsresistenz deutscher Politiker und ihrer ausgesuchten „Atomexperten“ erklärbar ist.

Aus diesen kleinsten Mini-Brennelementen kann man anschließend technische Brennelemente formen. Dafür haben sich zwei Wege heraus kristallisiert: Etwa tennisballgroße Kugeln oder sechseckige „Bausteine“ aus denen man einen Kern aufbauen kann. Die erste Variante ist besonders einfach zu produzieren und ermöglicht einen Reaktor, den man kontinuierlich beladen kann. Frische Kugeln werden oben eingebracht und gleichzeitig unten gebrauchte Kugeln ausgeschleust. Der eher konventionelle Aufbau aus Brennelementen ist dafür flexibler und auch für große Reaktoren geeignet. Letztendlich beruhen aber beide Prinzipien auf den sandartigen Mini-Brennelementen.

In Deutschland wurde zur Herstellung dieser Mini-Brennelemente das sogenannte Sol-Gel-Verfahren entwickelt. Später entwickelte die deutsche Firma NUKEM ein Verfahren für die freie Erstarrung solcher Kügelchen. Dieses Verfahren wurde von den Chinesen übernommen. Wiederum ein krasses Beispiel für den Ausverkauf deutscher Hochtechnologie. Einzig allein aus ideologischer Verblendung.

Herstellung der Kerne

Uranpulver (U3 O8) wird in Salpetersäure (HNO3) aufgelöst. Es bildet sich eine Uranylnitrat Lösung die noch mit Salmiak neutralisiert werden muß. Ihr werden diverse Alkohole zugesetzt um die Zähigkeit und Oberflächenspannung optimal einzustellen.

Diese eingestellte Lösung wird nun aus Glasröhren vertropft. Um die Tröpfchenbildung zu unterstützen, werden diese Röhrchen in Schwingungen versetzt. Aus jedem Röhrchen tropfen etwa 100 Tröpfchen pro Sekunde. Im freien Fall bilden sich daraus kreisrunde Kügelchen von definiertem Durchmesser. Noch sind es unbeständige Flüssigkeitstropfen. Diese fallen deshalb anschließend durch eine Ammoniak Atmosphäre (NH3), welche mit dem Uranylnitrat chemisch reagiert. Es bildet sich um die Kügelchen eine stabile Haut, die ausreicht, damit sie in dem anschließenden Bad ihre kreisrunde Form behalten. Es haben sich – noch weiche und empfindliche – Kugeln von knapp zwei Millimetern Durchmesser gebildet.

Diese Kugeln werden mit Dampf in rotierenden Trommeln behandelt. Dadurch wachsen in dem Gel Kristalle und sie werden fest. Anschließend werden diese Kugeln in mehreren Schritten mit Wasser und verschiedenen Chemikalien gründlich gewaschen. Dies ist wichtig, damit in den weiteren Verfahrensschritten kein Uran in die Kohlenstoffschichten verschleppt wird. Unter ständiger Rotation werden die Urankügelchen im Vakuum getrocknet. Die Kugeln schrumpfen dadurch auf etwa einen Millimeter Durchmesser. Im nächsten Schritt werden die Kügelchen bei 430 °C kalziniert. Durch diese hohe Temperatur zerlegen sich die organischen Bestandteile und werden ausgetrieben. Es bleiben Kügelchen aus UO3 mit einem Durchmesser von nur noch einem Dreiviertel-Millimeter zurück. Damit sich das UO3 zu UO2reduziert, werden sie in einem weiteren Schritt in einer Wasserstoff-Atmosphäre bei rund 600 °C geröstet. Im letzten Verfahrensschritt werden diese Kügelchen bei 1600 °C gebacken, um eine optimale Dichte und Festigkeit zu erlangen. Das Endprodukt sind Kügelchen mit knapp einem Halben-Millimeter Durchmesser. Sie werden noch fein gesiebt (zu klein = zu wenig Brennstoff und zu groß = zu viel Brennstoff) und die unrunden Partikel aussortiert.

Die Ummantelung

Ganz entscheidend beim TRISO-Konzept ist die Ummantelung der Brennstoffkerne. Sie muß gleichermaßen mehrere Funktionen erfüllen:

  • Mechanischer und chemischer Schutz der Brennstoffkerne vor Einwirkungen von außen. Die Ummantelung ist so stabil, daß sie einerseits für die direkte Endlagerung geeignet ist, andererseits aber eine Wiederaufbereitung erschwert.
  • Zurückhaltung von Spaltprodukten und Brennstoff, damit das Kühlmittel Helium möglichst sauber bleibt.
  • Volumenausgleich. Bei der Kernspaltung entsteht praktisch das gesamte Periodensystem – diese Stoffe können untereinander und mit dem freigewordenen überschüssigen Sauerstoff reagieren. Es ergeben sich auf jeden Fall neue chemische Verbindungen mit unterschiedlichen Dichten. Etwaige Ausdehnungen müssen durch die Ummantelung abgepuffert werden, um ein Aufsprengen der Brennelementen zu vermeiden.

Es werden insgesamt vier Schichten aufgetragen:

  1. Als innerste Schicht (≈ 95 µm), eine Schicht aus porösem Kohlenstoff. Sie soll wie ein Schwamm aus dem Kern austretende Spaltprodukte (z.B. die Edelgase) aufnehmen und auf Volumenänderungen ausgleichend wirken.
  2. Als zweite Schicht (≈ 40 µm), ebenfalls eine Kohlenstoffschicht, aber diesmal von hoher Dichte.
  3. Als dritte Schicht (≈ 35 µm), eine Schicht aus chemisch sehr widerstandsfähigem Siliciumcarbid. Sie hält fast alle Spaltprodukte auch unter extremen Bedingungen (Störfall) nahezu vollständig zurück.
  4. Als äußere Schicht (≈ 40 µm), wird noch eine weitere Schicht aus besonders dichtem Kohlenstoff aufgebracht.

Die Schichten werden aus der Gasphase abgeschieden. Für die porösen Schichten wird Azetylen (C2 H2) und für die dichten Schichten zusätzlich Propylen (C3 H6) verwendet. Zur Erzeugung der Schicht aus Siliciumcarbid wird Methylchlorsilane (CH3 SiCl5) verwendet.

Die Bildung der Schichten erfolgt in einem zylindrischen Reaktor, in dem die Brennstoffkügelchen geschüttet werden und anschließend von unten die Reaktionsgase eingeblasen werden. Dabei werden die Gase in eine so hohe Strömungsgeschwindigkeit versetzt, daß die Kügelchen gerade schweben (Wirbelschicht). Über die Steuerung der Temperatur (1200 bis 1500 °C) wird die Zersetzung der Gase und die Abscheidung auf den Kügelchen gesteuert.

Die Brennelemente

Es wird ein Pulver aus 64% Naturgraphit, 16% Elektrographit und 20% Phenolharz hergestellt. Mit diesem Pulver werden die ummantelten Kerne in einer rotierenden Trommel etwa 200 µm überzogen und bei 80 °C getrocknet. Diese Grünlinge dürfen einen Durchmesser von 1,1 bis 1,5 mm haben. Sie werden bei Raumtemperatur mit einem Druck von 50 bar in Silikonformen zu den brennstoffhaltigen Kernen der Brennelemente gepreßt. Eine zweite Form wird mit Reaktorgraphit ausgekleidet, die grünen Kerne eingelegt und mit einem Druck von 3000 bar zusammengepreßt. Dies ergibt die charakteristischen Kugeln für einen Kugelhaufenreaktor.

Damit sich das Phenolharz in Graphit zersetzt, werden die Kugeln in einer Argonatmosphäre auf 800 °C erhitzt. Zur Härtung werden sie anschließend noch in einem Vakuum bei fast 2000 °C geglüht. Wenn sie alle Qualitätstest bestanden haben, sind sie nun für den Einsatz im Reaktor fertig.

Qualitätskontrolle

Die Verfahrensschritte sind nicht geheimnisvoll. Das eigentliche Wissen liegt in der erforderlichen Qualitätskontrolle. Alle Verfahren müssen bei jedem Zwischenschritt zerstörungsfrei erfolgen. Wird bei einem Fertigungsschritt ein Fehler gemacht, ist das gesamte Fertigprodukt Ausschuss. Es muß also sehr sorgfältig geprüft werden. Hinzu kommt die astronomische Anzahl von Brennstoffkernchen. Es mußten deshalb ganz neue statistische Verfahren entwickelt werden.

Mögliche Fehler im Betrieb

Die Brennelemente sollen im Idealfall alle Spaltprodukte vollständig zurückhalten. Gelangt keine Radioaktivität in das Kühlmittel Helium, kann auch keine Radioaktivität aus dem Kraftwerk austreten. Es lohnt sich also, mögliche Schäden etwas näher zu betrachten. Ganz, lassen sich Schäden in der Technik nie verhindern. Es ist vielmehr entscheidend, wieviel Radioaktivität – auch bei einem schwersten Störfall – das Kraftwerksgelände verlassen kann.

  • Überdruck in den Kernen. Es entstehen gasförmige Spaltprodukte, insbesondere Edelgase. Hinzu kommt ein Sauerstoffüberschuss durch die Kernspaltung, da nicht jedes Sauerstoffatom der chemischen Verbindung UOeinen neuen Partner findet. Es bildet sich Kohlenmonoxid aus der Ummantelung. Diese Gase sollen in der ersten, porösen Schicht zurückgehalten werden. Werden die Qualitätsrichtlinien eingehalten, ergibt sich daraus kein ernsthaftes Problem.
  • Durch die Neutronenstrahlung schrumpft und dehnt sich der Kohlenstoff der Ummantelungen aus. Durch diese Spannungen können Risse auftreten. In Deutschland konnte diese Fehlerquelle fast vollständig ausgeschaltet werden.
  • Durch die Temperaturunterschiede zwischen dem Kern und der Oberfläche können Teile des Kerns in die Umhüllung wandern. Auch dieses Problem kann durch eine konsequente Qualitätskontrolle klein gehalten werden.
  • Edelmetalle greifen die Siliciumcarbid-Schicht chemisch an. Insbesondere Silber kann diese Schichten passieren und bildet unerwünschte Ablagerungen im Reaktor. Generell gilt, daß in die Ummantelung gewanderte Spaltprodukte bei der erhöhten Temperatur eines Störfalls zu unerwarteten Freisetzungen führen können.

Zusammenfasend kann man feststellen, daß hochwertig produzierte Brennelemente der beste Schutz gegen Freisetzungen bei einem Störfall sind. Hinzu kommt eine (aufwendige) Überprüfung jeder ausgeschleusten Kugel auf Schäden und den erfolgten Abbrand. Je weniger Kugeln „am Limit“ sich im Reaktor befinden, je größer sind die Sicherheitsreserven für einen Störfall. Dies war eine Erkenntnis des Versuchsreaktors AVR in Jülich, der als Forschungsreaktor natürlich seine Grenzen erkunden mußte.

Brennstoffkreisläufe

Durch die sehr guten neutronenphysikalischen Eigenschaften und die extreme Temperaturbeständigkeit von Kohlenstoff ist das TRISO-Konzept sehr flexibel. Es ist gering angereichertes Uran verwendbar, aber auch Mischoxide oder sogar reines Plutonium, sowie Kreisläufe auf der Basis von Thorium.

Favorit ist derzeit die Verwendung von leicht angereichertem Uran. Allerdings muß die Anreicherung deutlich höher als bei Leichtwasserreaktoren sein. Ursache ist beim TRISO-Brennstoff die räumliche Verteilung, durch die eine Selbstabschirmung eintritt.

Gemische aus Plutonium und Uran können auch verwendet werden. Diese können als Karbide oder Nitrite eingesetzt werden. Favorit dürfte wegen der Erfahrungen in Leichtwasserreaktoren Mischoxide (MOX) sein.

Es wurden sogar reine Plutonium-Brennstoffe untersucht. Dies geschah aus dem Gedanken, insbesondere Plutonium aus einer Abrüstung zu verbrennen. Vielen Kritikern machen die weltweit ständig steigenden Plutoniumvorräte sorgen. Allerdings ist bis zu einem Prototyp noch sehr viel Forschung und Entwicklung nötig.

Das aus Thorium gebildete U-233 ist mit Abstand das beste Spaltmaterial für thermische Reaktoren. Aus diesem Grunde wurde in USA und Deutschland schon sehr früh das Thorium-Brutreaktor-Konzept favorisiert. Allerdings dürfte die Verwendung von hoch angereichertem Uran heute nicht mehr praktikabel sein. Für eine mittlere Anreicherung bzw. Verwendung von Plutonium als Ersatz, ist noch sehr viel Forschung nötig.

Entsorgung

Ein TRISO-Brennelement besteht aus 94% Graphit. Einerseits ist das für eine (auch sehr lange) Zwischenlagerung eine sehr gute Verpackung, andererseits muß man gewaltige Volumen lagern. Es empfiehlt sich daher eine Wiederaufbereitung um das Volumen zur Endlagerung klein zu halten. Leider gilt aber: Je (mechanisch und chemisch) stabiler ein Brennelement ist, je geringer ist (auch) im Störfall die Freisetzung von Spaltprodukten. Allerdings ist es dann auch um so aufwendiger an diese Spaltprodukte und Wertstoffe heranzukommen. Bei noch nicht bestrahlten Brennelementen ist das Stand der Technik. Der Ausschuss jeder Produktionsstufe wird wieder in die Ursprungsprodukte zerlegt und wiederverwendet.

Im Betrieb wird radioaktives C14 gebildet. Dieser Kohlenstoff bleibt in der Matrix gelöst. Insbesondere bei Feuchtigkeit kann dieses C14 in der Form von CO2 Gas austreten. Ähnliches gilt für radioaktives Tritium H3. Die auftretenden Mengen sind so gering, daß sie bei einer Wiederaufbereitung nach entsprechender Verdünnung in die Umwelt abgegeben werden könnten. Beide Stoffe kommen ohnehin in der Natur vor.

Die Mengen sind nicht sonderlich hoch. Bei einem Hochtemperaturreaktor dürften in seinem Leben von 60 Jahren rund 5000 bis 10000 to abgebrannter Brennelemente anfallen. Diese entwickeln nach etwa drei Jahren etwa 100 W Wärme pro Lagerkanne. Dieser Wert halbiert sich noch einmal nach 50 Jahren. Eine Lagerung ist also kein Problem.

Hat man erstmal die Kerne „zerstört“ – gemeint ist damit, die Kohlenstoffschichten mechanisch und/oder chemisch entfernt – ist die Wiederaufbereitung in leicht modifizierten PUREX-Anlagen möglich.

H. R. 590 der Startschuss?

Ziemlich unbeachtet, passierte am 24.01.2017 das Gesetz H.R.590 den Congress der USA. Das Gesetz nennt sich in der Kurzform: „Gesetz zur Entwicklung fortschrittlicher Kerntechnik aus dem Jahr 2017“.

Erster Abschnitt

Der ausführliche Titel des Gesetzes lautet: Ein Gesetz zur Förderung der zivilen Forschung und Entwicklung einer fortgeschrittenen Kerntechnik zur Energieerzeugung und zur Unterstützung der Genehmigungsverfahren und dem gewerblichen Einsatz solcher Technologien.

[Anmerkung: Es handelt sich hier also ausdrücklich um die Förderung von dem, was man gemeinhin als (nicht-militärische) „Kernkraftwerke“ bezeichnet. Diese Feststellung ist nicht ganz unwichtig, denn zusätzlich gibt es in den USA noch Milliarden schwere kerntechnische Rüstungsprogramme. Beispielsweise zum Bau und zur Weiterentwicklung von Reaktoren für U-Boote und Flugzeugträger.]

Zweiter Abschnitt

Der Congress stellt fest:

  1. Die Bedeutung der Kernenergie für die Produktion elektrischer Energie in den USA.
  2. Kernkraftwerke produzieren mit einer Verfügbarkeit von über 90% zuverlässig und kostengünstig elektrische Energie. [Anmerkung: Dies ist ein deutlicher Seitenhieb gegen die Förderung von Wind und Sonne durch die Vorgängerregierung.]
  3. Kernkraftwerke fragen für Milliarden Dollar Güter innerhalb der USA nach und bieten tausenden Angestellten hoch bezahlte Arbeitsplätze und tragen maßgeblich zur wirtschaftlichen Leistungsfähigkeit der Gemeinden bei, in denen sie sich befinden. [Anmerkung für alle, die immer noch nicht wissen was Präsident Trump will: Gut bezahlte Arbeitsplätze waren fast in jedem Wahlkampfauftritt sein zentrales Thema. Hier ist eine Antwort, auch wenn GEZ-Mitarbeiter immer noch glauben, er meinte Hilfsarbeiter am Fliessband von Autofabriken des 20. Jahrhundert.]
  4. Die kerntechnische Industrie der USA muß weiterhin den Weltmarkt anführen, weil sie zu den leistungsfähigsten Werkzeugen für die nationale Sicherheit gehört: Sie garantiert eine ungefährliche, sichere und ausschließlich friedliche Nutzung der Kernenergie.
  5. Der Betrieb der nationalen Flotte von Leichtwasserreaktoren und die Ausweitung auf neue, fortgeschrittene Reaktorkonstruktionen wird auch weiterhin die Produktion stets verfügbarer Grundlast gewährleisten und die weltweite Führung der kerntechnischen Industrie der USA aufrechterhalten. [Anmerkung: Auch hier – verpackt in viel Pathos – ein deutlicher Seitenhieb gegen die regenerativen Energien.]
  6. Hier wird die Fusion erwähnt.
  7. Für die Entwicklung von fortgeschrittenen Reaktorentwürfen ist es nützlich, daß ein leistungsbezogenes, wagnisbezogenes, wirkungsvolles, kostengünstiges Regelwerk mit definierten Meilensteinen erstellt wird, welches es den Bewerbern ermöglicht, den Fortschritt des Genehmigungsverfahrens nachzuweisen.

[Anmerkung: Das bisherige Genehmigungsverfahren verläuft bisher immer noch eher nach dem Prinzip alles oder nichts. So hat beispielsweise das Genehmigungsverfahren für den NuScale SMR (Small Modular Reactor) bisher nahezu 800 Millionen Dollar verschlugen und eine Entscheidung kann erst erwartet werden, wenn der Bewerber auch die letzte Frage für die Genehmigungsbehörde zufriedenstellend beantwortet hat. Dies, obwohl es sich um einen Leichtwasserreaktor handelt und damit auf alle Rechenprogramme, Erfahrungen usw. zurückgegriffen werden kann. Für „neuartige Reaktoren“ ist ein solches Verfahren nicht akzeptabel, weil keine Bank und kein Investor ein solches (unkalkulierbares) Risiko verantworten kann.]

Dritter Abschnitt

Im Sinne dieses Gesetzes ist ein fortgeschrittener Kernreaktor (Advanced Nuclear Reactor) ein Kernspaltungsreaktor mit bedeutenden Fortschritten gegenüber den modernsten Reaktoren. Dies sollte inhärente Sicherheit, geringere Abfälle, bessere Brennstoffausnutzung, überragende Verfügbarkeit, Widerstand gegen die Weiterverbreitung (von Kernwaffen) und höhere Wirkungsgrade umfassen.

Es folgen die Definitionen für: „DEPARTMENT“, „LICENSING“, „NATIONAL LABORATORY“, „NRC“ und „SECRETARY“.

Vierter Abschnitt

Das NRC (Genehmigungsbehörde) und das Department of Energy (Energieministerium) sollen eine Übereinkunft bezüglich folgender Themen ausarbeiten:

  1. Technische Kompetenz – Das „Energieministerium“ muß sicherstellen, daß es rechtzeitig über genügend technische Kompetenz verfügt, um die kerntechnische Industrie in Forschung, Entwicklung, Prototypen und wirtschaftlicher Anwendung von sicherer und neuartiger fortschrittlicher Reaktortechnik zu unterstützen. Die „Genehmigungsbehörde“ muß rechtzeitig über die nötige Kompetenz verfügen, um die fachgerechte Bewertung der Anträge für Lizenzen, Genehmigungen, Konstruktionsbescheinigungen und anderer Anforderungen für die behördlichen Genehmigungen für fortgeschrittene Reaktoren zu gewährleisten. [Anmerkung: Das sind bezüglich fortgeschrittener Reaktoren sehr ehrgeizige Ziele. Bisher hat die Genehmigungsbehörde reichhaltige Erfahrungen mit Leichtwasserreaktoren. Ob das Personal kurzfristig gefunden werden kann, wird sich zeigen. Dabei ist zu beachten, daß die NRC bisher in Stundenlohn arbeitet. Die etwaige Einarbeitung des Personals kann aber nicht auf den Antragsteller abgewälzt werden.]
  2. Modellierung und Simulation – Über die Nutzung von Rechnern und Programmen zur Berechnung des Verhaltens und der Leistungen fortgeschrittener Reaktoren, die auf auf der mathematischen Beschreibung physikalischer Zustände basieren. [Anmerkung: Die Kerntechnik war schon bisher der Motor von dem, was man gemeinhin als „Simulation“ bezeichnet. Unter dem bewußten Einsatz des Energieministeriums (Waffenentwicklung) und der nationalen Großforschungseinrichtungen (z. B. Supercomputer) kann hier ein Forschungs- und Entwicklungsprogramm gestartet werden, das dem Apollo-Programm wissenschaftlich gleichkommt. Es wird für die sonstige Industrie weit mehr, als die legendäre „Teflon-Pfanne“ abfallen. So soll offensichtlich Industriepolitik a la Trump laufen.]
  3. Einrichtungen – Das Energieministerium soll die Einrichtungen entwickeln und betreiben, die der kerntechnischen Industrie rechtzeitig ermöglichen Forschung, Entwicklung, Prototypen und wirtschaftlicher Anwendung von sicherer und neuartiger fortgeschrittener Reaktortechnik zu entwickeln. Der Genehmigungsbehörde ist der Zugriff auf diese Einrichtungen zu gewährleisten, wann immer sie sie benötigen. [Anmerkung: Damit sind z. B. Prüfstände, 1:1 Modelle von Reaktorkomponenten usw. gemeint.]

FünfterAbschnitt

(a) Erforderliche Planung: – Nicht später als ein Jahr nach Inkrafttreten dieses Gesetzes, ist dem Congress von der Genehmigungsbehörde ein Entwicklungsplan über den technologieneutralen Rahmen für ein effizientes, das Risiko berücksichtigendes Genehmigungsverfahrens für fortgeschrittene Reaktortechnik vorzulegen. [Anmerkung: Die NRC steht seit längerem in der Kritik, daß sie zu sehr auf Leichtwasserreaktoren spezialisiert ist. Außerdem orientiert sich das Genehmigungsverfahren sehr eng an gemachten Erfahrungen aus dem laufenden Betrieb der vorhandenen Reaktorflotte. Beides steht oft im Widerspruch zur Entwicklung neuer Reaktorkonzepte] Der Plan soll die folgenden Themen abwägen, bezüglich der Übereinstimmung mit den Vorschriften der „Genehmigungsbehörde“ zum Schutze der öffentlichen Gesundheit und Sicherheit, des Zivilschutzes und der Sicherung:

  1. Die einzigartigen Gesichtspunkte bei der Zulassung fortgeschrittener Reaktorkonzepte, einschließlich der gesetzlichen und behördlichen Vorschriften und der politischen Anforderungen müssen von der „Genehmigungsbehörde“ benannt werden. [Anmerkung: Hier verbirgt sich beispielsweise der Widerspruch von Zonen zu Evakuierung nach herkömmlichen Gesichtspunkten und sogenannten inhärent sicheren Reaktoren.]
  2. Möglichkeiten fortgeschrittene Reaktorkonzepte nach den bestehenden Regularien der „Genehmigungsbehörde“ zu behandeln, neue Regularien vorzuschlagen oder eine Kombination aus beiden. [Anmerkung: Hier wird der bestehende Apparat mächtig in die Verantwortung genommen.]
  3. Möglichkeiten zur Beschleunigung und Verschlankung des Zulassungsverfahrens von fortgeschrittenen Reaktortypen, einschließlich der Verkürzung der Zeit zwischen Antragstellung und endgültigem Bescheid. Verkürzung der Verzögerungen durch Änderungsanträge und Ergänzungen zum Antrag. [Anmerkung: Dies mutet revolutionär an, für eine Institution, die es gewohnt ist, in Stundenlohnarbeit zu existieren. Sollte eine Rückkehr zu den Grundsätzen von Admiral Rickover denkbar sein?]
  4. Möglichkeiten zur Übernahme von allgemeingültigen Berechnungsverfahren und Standards in das Zulassungsverfahren um die Zeit für die Vervollständigung zu verkürzen und eine Anpassung bei der Umsetzung zu unterstützen. [Anmerkung: Hier versteckt sich die Frage nach der Notwendigkeit des berüchtigten „nuclear grade“. Kann man nicht erprobte Standards und Verfahren aus z. B. der Luftfahrt einfach übernehmen? Welche Komponenten sind bei fortgeschrittenen Konzepten überhaupt noch sicherheitsrelevant?]
  5. Möglichkeiten, das Zulassungsverfahren besser vorhersagbar zu machen. Dazu zählt die Möglichkeit, Meilensteine zu definieren und anzuwenden.
  6. Möglichkeiten, die es Antragstellern erlauben, Anträge zeitlich gestaffelt abzuwickeln, ohne daß die Genehmigungsbehörde schon geprüfte Teile noch einmal bearbeiten muß. Diese Vorgehensweise soll es der Genehmigungsbehörde ermöglichen, bedingte Teilprüfungen, frühzeitige Informationen zur Konstruktion und Vorlagen die Prozesse und Konstruktionsdaten enthalten, die erst in einer späteren Prüfungsphase behandelt werden.
  7. Das Ausmaß in dem Maßnahmen bei der „Genehmigungsbehörde“ oder politische Veränderungen nötig sind, um diesen Plan in Kraft zu setzen.
  8. Wie stark sich die Zulassung fortgeschrittener Reaktoren auf die Langzeitstrategie der „Genehmigungsbehörde“, die geplanten Betriebsmittel, die personelle Ausstattung und die notwendig werdenden Subventionen auswirkt.
  9. Möglichkeiten der Aufteilung der Kosten für Antragsteller bei gegliedertem Genehmigungsverfahren.

(b) Erforderliche Zusammenarbeit der Interessengruppen – Für die Entwicklung des geforderten Plans gemäß (a) soll sich die „Genehmigungsbehörde“ mit dem „Energieministerium“, der kerntechnischen Industrie und anderen öffentlichen Interessengruppen verständigen.

(c) Schätzung der Kosten und des Zeitbedarfs – Für den unter (a) beschriebenen Plan sind die zu beantragenden Kosten abschätzen, ein Haushalt aufzustellen und spezielle Meilensteine für das Inkrafttreten eines geregelten Genehmigungsverfahrens für fortgeschrittene Reaktortechnik bis zum 30. September 2019 zu bestimmen.

(d) Status der Bauartgenehmigung – In dem ersten Etatantrag nach Entgegennahme eines Antrags für einen fortgeschrittenen Reaktor und später jährlich soll die „Genehmigungsbehörde“ die Leistungskennzahlen und die Zeitachsen der Meilensteine liefern. Der Budgetantrag soll einen Plan zur Angleichung oder Wiederherstellung von Terminverschiebungen, einschließlich Verzögerungen die sich aus der mangelhaften Ausstattung der „Genehmigungsbehörde“ ergeben, enthalten.

Abschließende Bemerkungen

Wer immer noch meint, nicht zu wissen was Präsident Trump eigentlich will, sollte schleunigst seine Wahlkampfaussagen – im Original – nachlesen. Wer übrigens schon im Wahlkampf zugehört hatte, dem erschien ein Wahlsieg schon damals nicht unwahrscheinlich. In Deutschland ist es zu einer Unart geworden, nicht mehr zu zu hören, sondern kritiklos das nachzuplappern, was andere meinen, was jemand gesagt hätte. Sofern dies nur die eigenen ideologischen Scheuklappen unterstützt. Darüberhinaus ist es in Deutschland scheinbar undenkbar geworden, daß ein Politiker wirklich das umsetzt, was er im Wahlkampf immer wieder verkündet hat.

So ist es auch mit dem Thema: Trump und die Kernenergie. Trump hat in seinem Wahlkampf – wirklich bei jedem Auftritt und in jeder Fernsehdebatte – immer betont, daß Arbeitsplätze sein wichtigstes Regierungsziel sind. In diesem Sinne, ist er auch immer wieder für Kohle, Öl und Gas eingetreten: Mehr Förderung bedeutet mehr Arbeit, geringere Preise und damit letztendlich mehr Wohlstand. Er hat aber nie behauptet, daß deshalb mehr Kohle, mehr Gas und mehr Öl in den USA verbrannt werden müssen! Ganz im Gegenteil. Er ist immer wieder für Exporterleichterungen eingetreten. Dies mögen grüngefärbte Sozialisten für völlig falsch halten, offensichtlich aber nicht seine Wähler. Sie haben sich auch nicht durch mehr als drei Jahrzehnte mediales Trommelfeuer zur „Klimakatastrophe“ umerziehen lassen.

Sein Wahlslogan war: „Machen wir die USA wieder großartig“. Dies läßt natürlich jeden linken Deutschen erschauern. Gehört doch hier Anti-Amerikanismus eher zum guten Ton. Für Trump – und beileibe nicht nur ihn – ist der einzig relevante Gegner der USA die Volksrepublik China. Wegen ihrer Wirtschaftskraft und ihrem offen imperialen Gehabe in Asien. Viele Amerikaner fühlen sich fatal an das Japan der 1930er Jahre erinnert. Niemand sollte die Bedeutung der Freiheit der Weltmeere für die USA unterschätzen. Dies ist kulturell tief verwurzelt und bisher hat jeder, der versucht hat, die USA auf dem Meer einzuengen, dies mit einer blutigen Niederlage bezahlt.

In diesem Sinne kann China gern Autos bauen oder Mobiltelefone zusammenkleben. Aber die USA werden es mit Sicherheit nicht zulassen, daß China in den zwei Schlüsseltechnolgien Flugzeugbau und Kerntechnik die Führung auf dem Weltmarkt übernimmt. Man hat China eine Menge Technologie verkauft, aber nun ist es an der Zeit, etwas Neues zu bringen. Ganz ähnlich übrigens zu Großbritannien. Man steigt dort nicht ohne Grund aus dem Europa- und Euratomkorsett aus.

Man mag das alles gut oder schlecht finden. Nur die Augen so vor der Realität zu verschließen, wie man es (wieder einmal) in Deutschland macht, wird (wieder einmal) zu keinem guten Ende führen.

3-D-Drucker und die Bombe

Seit Erfindung der Steinaxt gibt es das Problem der friedlichen Nutzung und der Anwendung als Waffe. Die Kerntechnik selbst, gilt als das Musterbeispiel für solch doppelte Nutzung. Stets waren aber auch die Erfindung neuer Fertigungsverfahren verantwortlich für die Verbreitung von Waffen.

Was macht den 3-D-Drucker so revolutionär?

Die Bezeichnung „3-D-Drucker“ ist eine umgangssprachlich anschauliche Bezeichnung für das „Additive Manufacturing (AM)“. Seit der Steinzeit stellt der Mensch seine Werkzeuge durch das Zerspanen aus dem vollen Block her. Einzige Ausnahme sind das Umformen (Schmieden, Tiefziehen etc.) und Gießen. Beide Verfahren sind aber eher grob und erfordern zumeist einen weiteren Bearbeitungsschritt. Beim AM geht man nun genau andersherum vor: Es wird ein nahezu beliebig geformtes Teil aus einzelnen Schichten aufgebaut. Es werden viele Schichten aus digital gesteuerten Punkten überlagert. Ganz so, wie bei einem Tintenstrahldrucker. Ein Rechner setzt beispielsweise einen Text in einzelne Punkte in einer Ebene um und der angeschlossene Drucker stellt daraus Punkt für Punkt den gewünschten Brief her. Würde man diesen Vorgang auf dem selben Blatt Papier sehr oft wiederholen, hätte man irgendwann einen gegenständlichen Brief aus räumlichen Buchstaben. Besonders interessant ist dabei, daß man nicht jede Schicht gleich ausführen müßte, sondern durch geringe Variationen auch noch schön verzierten Schrifttypen erzeugen könnte. Zu einem echten Fertigungsverfahren gelangt man, wenn man die „Tinte“ durch beliebige Werkstoffe ersetzen kann und das „Trocknen einer jeden Schicht“ durch ein „verschweißen“ – üblicherweise durch einen Laser oder einen Elektronenstrahl – der jeweiligen Schichten untereinander.

Dies ist alles andere als Science Fiction, sondern bereits Realität. Vielleicht haben schon viele sogar ihr Leben solch hergestellten Bauteilen anvertraut, ohne es auch nur zu ahnen. Alle namhaften Flugzeugbauer verwenden solche Teile bereits in ihrer Produktion. Bemerkenswert dabei ist, daß solche Teile die strengen Zulassungsbedingungen und ausgiebigen Tests der Luftfahrtbehörden voll erfüllen. Sie sind auch nicht aus Plastik, sondern exotischen Werkstoffen, die beständig Temperaturen von über 1600 °C in einem Flugzeugtriebwerk aushalten müssen. Es sind auch keine Prototypen mehr, sondern sie werden in bedeutenden Stückzahlen hergestellt: So sind z. B. in jeder „LEAP engine“ von General Electric 19 Einspritzdüsen eingebaut. Von diesem Triebwerk wurden fast 8000 verkauft. Ursprünglich bestand dieses „gedruckte“ Bauteil aus 20 Einzelteilen, die aufwendig produziert, geprüft und miteinander verschweißt werden mußten.

Die Werkstoff-Frage

In der breiten Öffentlichkeit wird immer noch geglaubt, daß AM nur mit „Plastik“ funktioniert und damit Spielzeug und Modellbau vorbehalten ist. Dies ist aber nur der sichtbare Teil der Anwendung. Durch das Grundprinzip feinste Materialteilchen beliebig anordnen zu können (quasi zu drucken) und sie erst im nächsten Verfahrensschritt mit der bereits erzeugten Struktur zu verbinden (z. B. durch einen Laser- oder Elektronenstrahl), ist auch der Werkstoff nahezu frei wählbar. Diese Tatsache erweitert die Fertigung gegenüber konventionellen Verfahren ganz beträchtlich. Schon ein schnitthaltiger Stahl zur Messerherstellung, der auch in Meerwasser korrosionsbeständig sein soll, läßt sich nicht mehr durch Gießen mit anschließendem Walzen herstellen: Die notwendigen Legierungsbestandteile in dem notwendigen Mischungsverhältnis und der notwendigen Homogenität lassen sich so nicht mehr erzeugen. Man muß schon hier den Weg über Pulver gehen, die anschließend erst zu einem Rohling verbacken (sintern) werden können, aus dem dann anschließend noch das fertige Werkstück durch Fräsen hergestellt werden muß. Hinzu kommt beim AM noch der prinzipiell geringere Materialbedarf für die Herstellung der Teile und man hinterläßt auch keinen (verräterischen) Abfall.

Was macht diese Tatsache nun im Hinblick auf die Weiterverbreitung von Kernwaffen so problematisch? Alle Materialien für den Sprengkopf selbst und auch schon für deren Gewinnung (Anreicherung und Wiederaufbereitung) sind ausnahmslos „exotisch“. Keines kann man beim Baumarkt um die Ecke kaufen. Nach dem Schock durch die indische Bombe (Smiling Buddha) gründete man 1975 die „Nuclear Suppliers Group“ NSG als wirksame Frühwarnorganisation. Immer, wenn weltweit jemand Materialien kaufen will, die man bekanntermaßen bei der Produktion von Kernwaffen braucht, wird stiller Alarm ausgelöst. Bei der „Weiterverbreitung“ von Metallpulvern dürfte dies wesentlich schwieriger sein. Es wird sehr schnell ein immer breiter werdender Markt für die hochreinen Komponenten entstehen. Diese kann man vor Ort mit handelsüblichen Anlagen zu den gewünschten Legierungen vermischen. Welche Mischung man herstellt, ist praktisch nicht mehr nachvollziehbar. Sogenanntes „Dual-Use“ in Reinkultur: Will jemand edle Messerklingen produzieren oder doch Teile einer Pulskolonne zur Gewinnung von waffengrädigem Plutonium? Mit anderen Worten: Der weltweite Handel mit Pulvern ist wesentlich schwieriger zu kontrollieren als der Handel von (großen) Schmiedestücken aus exotischen Legierungen. Bisher kam der Bau einer Kernwaffe der Lösung eines komplizierten Puzzle gleich, bei dem schon die Herstellung der komplizierten und zahlreichen Einzelteile ein hohes Risiko der Entdeckung in sich trug.

Digital geht einfach anders

Um den revolutionären Charakter von AM zu erfassen, ist das Beispiel der Herstellung eines Buches auf dem Computer nicht ungeeignet. Die Hauptarbeit und das ganze Können vollzieht sich am Rechner. Der eigentliche Herstellungsprozeß kann auf einem beliebigen Drucker an einem beliebigen Ort in beliebiger Stückzahl erfolgen. Die schwer zu erlernende, viel Übung und teure Maschinen erfordernde Tätigkeit des Buchdruckers fällt weg. „Erschaffung“ und „Herstellung“ sind räumlich und zeitlich vollkommen entkoppelt.

Diese Eigenart erschwert jegliche Kontrolle erheblich. Wir kennen dieses Phänomen bereits von Raubkopien aus der Unterhaltungsbranche. Man stelle sich vor, die Datensätze für die Fertigung von Zentrifugen verteilen sich einmal im Netz. Die Büchse der Pandora wäre unwiederbringlich geöffnet. Iran brauchte beispielsweise noch weitere 15 Jahre nach dem Erwerb der ersten Zentrifugen bis zur Eigenproduktion der erforderlichen Stückzahl für eine Anreicherungsanlage.

Hier liegt eine weitere Veränderung. Insbesondere, wenn sich AM auch in der zivilen Fertigung weiter durchsetzt, kann man zeitlich parallel an verschiedenen Standorten Teile anfertigen und diese Produktionsstätten ständig verlagern. Für eine Überwachung eine schier undurchführbare Aufgabe. Die Rüstungsschmiede in der Garage. Die „Drucker“ sind nur wenig größer als die herzustellenden Bauteile. Jedenfalls kein Vergleich zu Bearbeitungszentren mit ihren Fundamenten. Die erforderlichen Datensätze kann man beliebig oft kopieren und in der Hosentasche zur Fertigungsstätte tragen. Eine Überwachung des Internets hilft also auch nicht viel weiter.

Diese Entwicklung schreitet mit rasantem Tempo voran. Wieder einmal erscheint der Krieg als Vater aller Dinge. Wer einmal die Logistikflotte hinter einem Flugzeugträger gesehen hat, kann sich ungefähr die erforderliche Ersatzteilhaltung und die Kapitalbindung vorstellen. Zukünftig will man nur noch die entsprechenden Pulver und Datensätze an Bord vorhalten müssen. Ganz nebenbei, erfordert die Kostensenkung über Großserien eine ganz neue Bewertung. Man träumt – noch – davon, auch die für jeden Einsatz notwendige Spezialmunition vor Ort herstellen zu können.

Die Konsequenzen für die Proliferation

Beim Einsatz von AM verlagert sich der wesentliche Teil der Fertigung – man könnte auch sagen, das Gehirnschmalz – fast ausschließlich auf irgendein Team, in irgendeinem Rechenzentrum. Große Fabriken mit seltenen Werkzeugmaschinen, schwierig herstellbaren Halbzeugen und hoch qualifizierten Facharbeitern entfallen. Das Risiko erwischt zu werden verkleinert sich beängstigend. Der eigentliche Produktionsvorgang – das „Drucken“ – kann vollautomatisch ablaufen.

Erfahrungsgemäß scheuen Staaten keine Kosten und Mühen, um ein Kernwaffenprogramm durchzuziehen. Durch den Dual-Use Charakter der Technologie, lassen sich die wahren Absichten leicht durch ein ziviles Entwicklungsvorhaben verschleiern. Hat man sich erst einmal die Datensätze und „Drucker“ beschafft, kann die geheime Fertigung an vielen verschiedenen Orten anlaufen. Ziemlich plötzlich kann man sich dann zum günstigen Zeitpunkt der Welt als neue „Atommacht“ präsentieren. Genau die lange Vorlaufzeit (Iran, Libyen, Syrien, Nord-Korea) war aber bisher für ein politisches Handeln (Abrüstungsverhandlungen, Sanktionen etc.) nötig.

Die Beschaffung der Datensätze ist wesentlich einfacher, als die Beschaffung konventioneller Technik (Werkzeugmaschinen, Halbzeuge etc.). Dabei ist der berühmte „Hacker“ eher die Ausnahme, da man solche Daten ohnehin nicht in das normale Internet stellt. Wie die berüchtigten Disketten über Bankkunden aus der Schweiz gezeigt haben, ist eher der eigene Angestellte das Sicherheitsrisiko. Trifft dieser auf Staaten mit entsprechender Ideologie und krimineller Energie, ist der Handel so gut wie getätigt. Unbegrenzte Geldmittel (Steuergelder) treffen auf einzelne Personen. Das Risiko entdeckt zu werden ist dabei für Fachleute äußerst gering, da die Handelsware kompakt ist und keine Spuren hinterläßt. Damit sind Geheimdienste und Abwehr wieder auf die Methoden vor dem Computerzeitalter zurückgeworfen. Satelliten sind gegen unzählige Produktionsstätten in Garagen ebenfalls machtlos. Ergibt sich auch hier wieder eine neue Asymmetrie?

Die Beschaffung des „Wissens“ gestaltet sich sogar noch vielfältiger. Es reicht ein einzelnes Teil als Muster oder sogar nur ein Modell, um daraus – wiederum automatisch – einen Datensatz zur Steuerung für einen 3-D-Drucker zu erzeugen. Welcher Zollbeamte ist schon in der Lage, ein sensitives Bauteil zu erkennen, wenn es nur aus grellbuntem Plastik besteht? In der Not, reichen sogar ein paar hochauflösende Photos um über „Reverse Engineering“ den nötigen Datensatz zu erzeugen.

Vom technischen Standpunkt aus betrachtet, ist die Gefahr der Weiterverbreitung von Kernwaffen größer denn je geworden. Zur Überwachung sind mehr denn je wieder die klassischen Methoden der Spionage und Abwehr gefragt. Wie erfolgreich – oder beschränkt – die sein können, ist spätestens aus der Entwicklungsgeschichte der ersten Atombombe bekannt. Was Dual-Use in der Praxis bedeutet, spätestens nach dem Bau der indischen Bombe. Das stille, aber plötzliche „Ausschleichen“ aus zivilen Programmen und damit die Zeit zur Reaktion ist noch kleiner geworden. Ob neue Denkansätze, wie das selbstzerstörende File, hilfreich sein können, wird die Zukunft zeigen. Wahrscheinlich ist, daß die Verhinderung der Weiterverbreitung von Kernwaffen eine reine Illusion war, ist und bleiben wird. Insofern gibt es zwischen der einfachen Schusswaffe und der Kernwaffe keinerlei Unterschied.

E3/EU+3 = 10 Punkte für Iran

Am 14. Juli wurden die Verhandlungen in Wien abgeschlossen. Als Ergebnis steht ein 150-Seiten Papier im Raum – von manchen begeistert gefeiert, von anderen als Katastrophe empfunden.

Erste Fehlinterpretation: Es geht gar nicht um Abrüstung.

Gerne werden die Verhandlungen zwischen China, Deutschland, Frankreich, Rußland, Großbritannien, USA und Europäische Union auf der einen Seite und Iran auf der anderen Seite, mit den Abrüstungsverhandlungen zwischen USA und der Sowjetunion verglichen. Hier geht es aber überhaupt nicht um Abrüstung. Damals haben sich zwei Parteien zusammengesetzt, um die Rüstungsspirale zu begrenzen. Mehr als zig-fache Vernichtung brachte nichts mehr, sondern kostete nur noch. Wie gesagt, zwei Parteien, die beide einen unmittelbaren Nutzen hatten. Hier sitzt eine Gruppe mit stark unterschiedlichen Interessen einem einzelnen Staat gegenüber. Diese Gruppe ist von dem Verhandlungsgegenstand nur sehr mittelbar betroffen, während die eigentlich bedrohten (Israel, Sunniten etc.) bewußt von den Verhandlungen ausgeschlossen worden sind. Eine solche Konstellation ist von vornherein zum Scheitern verurteilt.

Es geht in diesem Abkommen überhaupt nicht um Abrüstung, sondern lediglich um eine Willensbekundung in den nächsten Jahren keine Kernwaffen zu produzieren. Vertrauen ist gut, Kontrolle ist besser. Dieser Grundsatz galt bei den Abrüstungsabkommen: Raketen etc. wurden unter Beobachtung zerstört. Zu was unterstellte oder tatsächliche Absichten führen, zeigt gerade die Geschichte der „Atombombe“ überdeutlich: Der Verdacht, Hitler-Deutschland würde eine Kernwaffe entwickeln führte erst zum Manhattan-Projekt in den USA.

Mullah-Iran ist ein aggressives System, welches offen die Vorherrschaft in der Golfregion beansprucht, aktuell mehrere Stellvertreterkriege (Syrien, Irak, Jemen) führt, weltweit Terrorismus unterstützt und die totale Vernichtung des Staates Israel fordert. Allein der letzte Punkt, sollte die Euphorie aller „Gutmenschen und Friedensengel“ etwas ausbremsen: Der Holocaust ist erlebter Bestandteil fast jeder Familie in Israel. Bitte nicht überrascht tun, wenn Israel irgendwann das Bedrohungsrisiko als zu groß einschätzt und handelt.

Der spärliche Inhalt

Schon allein der Umfang der Auflistungen über die Sanktionen, welche außer Kraft gesetzt werden sollen, im Verhältnis zu den Auflagen spricht Bände. Letztendlich sollen lediglich ein paar Zentrifugen zeitweise weggeschlossen werden und ein Reaktor von Iran umgebaut werden. Forschung und Entwicklung der Zentrifugen kann weitergehen. Bestenfalls – wenn sich der Iran voll an das Abkommen hält – ergibt sich eine Verzögerung von einem Jahrzehnt. Dafür kann anschließend mit viel besserer Technik gearbeitet werden. Fraglich ist allerdings, ob dieser Zustand unter Weiterführung der Sanktionen, aus eigener Kraft so schnell zu erreichen wäre.

Der Reaktor in Arak soll von Iran selbst umgebaut werden. Warum aber, bei einem Schwerwasserreaktor eine Anreicherung auf 3,75% nötig sein soll, solche Brennelemente vorgesehen sind und solche konstruktiven Details bezüglich der Kanäle, mögen die Neutronenphysiker beurteilen. All zu viele, können nicht am Verhandlungstisch gesessen haben. Die Verpflichtung, die abgebrannten Brennelemente ins Ausland zu schaffen, ist bei diesen Ladezyklen rührend. In den Kanälen werden selbstverständlich nur medizinische Präparate erbrütet – großes Mullah-Ehrenwort.

Für einen sachkundigen Leser bieten sich in der Wunschliste der Zusammenarbeit zahlreiche versteckte Hinweise, wo derzeit auf dem Weg zur Bombe noch der Schuh drückt und was sonst noch auf dem Programm steht. Iran wird auch in einer Generation nicht in der Lage sein Kernkraftwerke zu bauen. Dafür fehlt es schlichtweg an der industriellen Kapazität. Man hat aber seit geraumer Zeit gemerkt, daß man auch geeignete Schiffe braucht, wenn man den „Persischen Golf“ unter Kontrolle halten will und die US-Flotte wirklich ärgern will.

Besonders niedlich ist die Entsendung von Iranern ins Ausland, um eine bessere kerntechnische Ausbildung zu erhalten. Sollten die Gerüchte über die Aktivitäten des Mossad doch wahr gewesen sein? Mal sehen, wann die ersten Experten für Sicherheitstechnik in Deutschland auftauchen. Man kann es sich schon vorstellen, wie die „Gruppe 12. September“ gemeinsam nach dem Freitagsgebet ein Kernkraftwerk besichtigt, um sich besser mit der Terrorabwehr vertraut zu machen. Man kann ja über Geheimdienste denken was man will, jedenfalls brauchen die sich um ihre Arbeit in der Zukunft keine Sorgen zu machen, wenn dieses Abkommen umgesetzt wird.

Das Ende jeder Proliferation

Die USA haben immer größten Wert auf die Beschränkung der Anreicherung gelegt. Selbst enge Verbündete, wie z. B. Taiwan, Süd Korea und die Vereinigten Emirate haben engere Grenzen als – jetzt offiziell abgesegnet – Iran. Eins dürfte jetzt auch dem letzten Potentaten klar geworden sein: Frech kommt weiter (Natranz und Fordow werden nachträglich legalisiert, obwohl sie illegal gebaut und betrieben wurden). Der Geist ist endlich raus aus der Flasche. Nach einer kurzen Phase der „Friedensdividende“ ist das Rennen für ein nukleares Wettrüsten eröffnet. Bald wird die Kernwaffe als Statussymbol so wichtig, wie das AK47 und die RPG heute.

Überraschende Kontrollen sind auch out. Ab jetzt, gilt es sich höflich 24 Tage vorher anzumelden. Selbstverständlich hat man den Verdacht ausführlich zu begründen. Man will ja die Verschleierung beständig verbessern und insbesondere undichte Stellen eliminieren. Welche Diktatur kann sich schon bedingungslos auf seine Unterdrückten verlassen?

Man bevorzugt auch „elektronische Siegel“. Da braucht man nicht so viele Inspektoren vor Ort, die ständig überwacht werden müssen. Außerdem verfügt man im Iran über große Erfahrungen in Netzwerke einzudringen und sie zu stören. Ups, gestern ist uns leider das Internet teilweise ausgefallen.

Inspektoren haben in dem Land ohnehin keine Chance Beweise zu sammeln. Man wird bei jedem Fund behaupten, daß es sich um alte Verunreinigungen handelt. Sollte sich auch nur einer der Verhandlungspartner wehren, hat sich Iran das Recht eingeräumt, sofort das ganze Abkommen zu kündigen.

Wem nützt nun das Abkommen?

Auf jeden Fall dem Mullah-Regime. Iran verfügt allein über fast 150 Milliarden Dollar eingefrorener Guthaben und Vermögenswerte. Hinzu kommen rund 50 Millionen barrel Rohöl, die bereits auf dem Meer schwimmen und auf die Sanktionsfreigabe warten. Alles in allem, eine schöne Finanzspritze. Sicherlich nicht für die Bevölkerung im Iran, aber für das iranische Militär und Hizbollah und Co.

Putin hat persönlich das Abkommen gewürdigt und ausdrücklich den Beitrag russischer Nuklear-Experten gewürdigt. Das mag sein. Ansonsten ist Putin eine eher tragische Gestalt. Er braucht Iran unbedingt, um seinen sozialistischen Waffenbruder Assad im Sattel zu halten. Ist der gefallen, ist Rußland raus aus dem Mittelmeer und ein neuer Korridor für Öl- und Gastransporte vom Golf nach Europa tut sich auf. Inzwischen hat Putin aber schmerzlich begriffen, daß Rohstoffe haben und zu Geld machen, zwei verschiedene Dinge sind. Er greift deshalb nach jedem Strohhalm: Waffenexporte und Kernkraftwerke. Was anderes hat er nicht anzubieten. Beides erfordert gewaltige Summen zur Vorfinanzierung. Kernkraftwerke sind schnell verkauft, aber schwer und zeitaufwendig gebaut. Längerfristig könnte diese Strategie voll nach hinten losgehen. Niemand ist mehr von hohen Gas- und Ölpreisen abhängig, als Rußland. Wenn Iran seine Sanktionen los wird, drückt es ziemlich bald mit 1 Million barrel Rohöl täglich auf den Weltmarkt. Hinzu kommen gewaltige Erdgasvorkommen. China ist an billigem Öl und Gas brennend interessiert. China hat nicht nur Waffen zu verkaufen, sondern hat Geld und (inzwischen) viel westliche Technologie.

PRISM das moderne Entsorgungszentrum? Teil 2

Bei jeder öffentlichen Diskussion ist der „Atommüll“ der Aufreger schlecht hin. Spätestens an diesem Punkt, kommt meist die Ablehnung jeglicher Nutzung der Kernenergie in Deutschland. Die Propaganda hat hier ganze Arbeit geleistet. Es macht nicht einmal stutzig, daß dies schon in unseren Nachbarländern anders gesehen wird.

Was ist eigentlich Abbrand?

Dieser Begriff hat sich wegen seiner Anschaulichkeit so durchgesetzt. Einen Kernreaktor kann man nur mit der typischen Konzentration von spaltbarem Material – eine übliche Bezeichnung für U235 oder Pu239 – betreiben. Bei Reaktoren mit schwerem Wasser reicht schon Natururan aus, bei Leichtwasserreaktoren ist eine Anreicherung auf 3 bis 5 Prozent nötig und bei schnellen Reaktoren sogar bis zu 20%. Haben die Brennelemente nun eine gewisse Zeit im Reaktor Wärme produziert, würde irgendwann die Kettenreaktion zusammen brechen, wenn man nicht einige Brennelemente auswechseln würde. Angestrebt wird immer ein möglichst hoher Abbrand, was ein anderer Ausdruck für die Spaltung von Kernen ist. Gebräuchliche Maßeinheit hierfür ist MWd/to SM (Megawatt Tage pro Tonne Schwermetall). Wenn man 1gr Uran bzw. Plutonium spaltet, wird ziemlich genau ein MWd – oder 24000 kWh – Wärme frei. Eine gewaltige Menge, mit der man schon mitten in der „Atommüll-Frage“ steckt. 2014 wurde in Deutschland 55970 GWh elektrische Energie durch Windkraft erzeugt. Hätte man diese Strommenge in den Kernkraftwerken erzeugt, hätten dafür rund 7000 kg Uran gespalten werden müssen. Ein Würfel von 72 cm Kantenlänge. Warum also die ganze Aufregung?

Wieso Recycling?

Für den Windstrom wären ungefähr 7 GW Leichtwasserreaktoren (gegenüber 39 GW Windmühlen) nötig gewesen. Dafür hätte man erst einmal über 1000 to Natururan fördern müssen, die nach der Anreicherung zu rund 186 to Reaktorbrennstoff verarbeitet worden wären – der berüchtigte deutsche Atommüll, mit seiner „ungeklärten Entsorgungsfrage“. An dieser Stelle wird schon mal klar, warum „Atomkraftgegner“ monatelang – oft gewalttätig – gegen die einst geplante Wiederaufbereitungsanlage gekämpft haben: 186 to sind mehr als 25 mal so viel, wie 7 to. Gerne wird auch noch das geförderte Natururan dem „zu entsorgenden“ Müll hinzugerechnet und fälschlicherweise behauptet, eine Wiederaufbereitungsanlage würde zusätzlichen Atommüll erzeugen. Flugs ist man nach dieser Zahlenakrobatik auf der Suche nach einem gigantischen Endlager. Erst einmal die Probleme schaffen, die man anschließend vorgibt zu lösen.

An dieser Stelle ist es an der Zeit, die drei grundsätzlichen Möglichkeiten kurz zu betrachten:

  1. Man verbuddelt alle benutzten Brennelemente in einem „Endlager“. Schon hier gibt es zwei deutlich unterschiedliche Varianten: Die „Schwedische-Lösung“ eines Langzeitlagers hunderte Meter unter Granit. Die Brennelemente werden in Kupferbehälter eingeschweißt und sollen ausdrücklich rückholbar – eventuell erst in Jahrhunderten – eingelagert werden. Die „Deutsche-Endlager-Lösung“ mit dem Anspruch eines „absolut sicheren“ Einschlusses über „geologische Zeiträume“. Wegen dieses Anspruches hat man auch folgerichtig gleich Fachkräfte für Glaubensfragen und nicht Ingenieure mit der Suche betraut.
  2. Man geht – wie z. B. in Frankreich – den Weg über eine Aufbereitung und Wiederverwendung im vorhandenen System. Ein abgebranntes Brennelement eines Druckwasserreaktors enthält immer noch rund 95% Uran, 1% Transurane und 4% Spaltprodukte. Das Uran wird wieder neu angereichert, das Plutonium zu sog. Mischoxid-Brennelementen verarbeitet und lediglich die Spaltprodukte und minoren Aktinoiden verglast und als „Atommüll endgelagert“. Auch dieser bewußt rückholbar, denn er enthält wertvolle Rohstoffe. Nachteil dieses Weges ist die erforderliche Reinheit von Uran und Plutonium, um sie in vorhandenen Leichtwasserreaktoren wieder einsetzen zu können. Alle minoren Aktinoide werden deshalb den Spaltprodukten zugeschlagen und machen damit diesen Atommüll sehr langlebig.
  3. Man betrachtet die abgebrannten Brennelemente als Brennstoff für schnelle Reaktoren. Die dort verwendeten metallischen Brennstoffe haben keine besonderen Anforderungen an die Reinheit. Man kann deshalb zu Aufbereitungsverfahren übergehen, die Uran zusammen mit allen Transuranen (also auch Plutonium und den minoren Aktinoiden) abscheiden. Hier liegt umgekehrt das Bestreben, möglichst reine Spaltprodukte zu erlangen. Man hat damit einen relativ kurzlebigen (Gefährdungspotential einiger Jahrzehnte bis Jahrhunderte) Abfall, der automatisch ein sehr wertvolles „Erz“ ergibt. Eine „Endlagerung“ wäre nicht nur unnötig, sondern eher Verschwendung. Zumal die relativ geringen Mengen (siehe oben) einfach und sicher zu lagern sind.

Grundsätzlich gibt es auch noch andere Wege. Verwendung des abgebrannten Brennstoffes in Schwer-Wasser-Reaktoren. An diesem Weg wird zielstrebig in Korea gearbeitet oder die „Entschärfung“ des Atommülls in Beschleunigern (Versuchsanlage in Belgien) und Spallationsquellen (USA). Nur die Politik in Deutschland, hat sich in einer „Endlösung“ mit „Atomausstieg“ verrannt.

Warum soll „Atommüll“ eigentlich gefährlich sein?

Spaltprodukte wandeln sich über sog. Zerfallsketten um und senden bis zum Erreichen ihres stabilen Endglieds Strahlung aus. Das ist eigentlich überhaupt kein Problem, denn man kann die Quelle leicht und wirksam abschirmen (z. B. Castor-Behälter). Niemand ist gezwungen, Atommüll zu essen. Das mag sich flapsig anhören, ist aber wörtlich zu nehmen. Erst wenn radioaktive Stoffe unmittelbar in den Körper gelangen, können sie gefährlich werden. Dabei kommt es nicht nur auf die Menge, sondern auch den chemischen Zustand an. Plutonium ist z. B. rein chemisch betrachtet, ein Knochengift. Die biologische Verweildauer (bis es ausgeschieden ist) ist z. B. entscheidend abhängig von der Wertigkeit, in der es vorliegt und damit seiner Löslichkeit im Körper. Jod wird selektiv in der Schilddrüse angereichert. Strontium ist dem Kalzium verwandt und ersetzt dies gern in den Knochen usw.

Radioaktive Stoffe können überhaupt erst gefährlich werden, wenn sie in die Biosphäre gelangen und letztendlich über die Nahrungskette in den Menschen. Aber auch dann ist noch die Frage der Dosis zu stellen. Wir haben sehr genaue Kenntnisse über Wege und Wirkungen. Es gibt für jeden Stoff einen Grenzwert z. B. für Trinkwasser. Diese sind ausnahmslos sehr konservativ festgesetzt. Wer sich einmal mit dieser Materie beschäftigt, wird feststellen, daß selbst eine zigfache Überschreitung der Grenzwerte noch zu keiner akuten Gefährdung einer durchschnittlichen Person führt. Wer anderes behauptet, glaubt auch an die heilende Wirkung irgendwelcher esoterischen Amulette. Möge ihm sein Aberglaube erhalten bleiben, aber versuche er nicht, sein Unwissen als Wissenschaft zu verkaufen und anderen Menschen Angst einzujagen.

Wären radioaktive Stoffe auch nur annähernd so gefährlich, wie „Atomkraftgegner“ gern behaupten, wäre die Menschheit längst ausgestorben. Man denke nur an die Kinder der fünfziger Jahre. Es wurden Tonnen radioaktiver Stoffe bei den Kernwaffentests in die Atmosphäre freigesetzt. Noch heute kann man diese Belastungen weltweit in den Knochen und Zähnen der Betroffenen messen. Wohlgemerkt messen, nicht nur vermuten. Wir haben zwar keine direkten Sinne für Strahlung, aber unsere Meßtechnik ist so verfeinert, daß immer die „Isotopenzusammensetzung“ helfen muß, wenn andere forensische Verfahren längst versagt haben.

Wieso unterirdische Lager?

Für die Gefährlichkeit der radioaktiven Abfälle gibt es zwei wesentliche Einflüsse: Zeit und Konzentration. Je länger es dauern würde, bis die radioaktiven Stoffe wieder in die Biosphäre gelangen, je weniger gibt es überhaupt noch von ihnen. Der Zerfall ist durch nichts aufzuhalten und er geht immer nur in die eine Richtung – Umwandlung in stabile Atome. Ein typisches deutsches Brennelement (Anfangsanreicherung 3,3%, Abbrand 34000 MWd/tU) enthält nach der Entladung 3,62 % Spaltprodukte. Bereits nach einem Jahr sind 3% in einem stabilen – also nicht mehr radioaktiven – Zustand. Zu den 0,62% radioaktiven Spaltprodukten kommen noch 0,9% Plutonium und 0,72% minore Aktinoide. Nur die beiden letzten Gruppen, sind sicherheitstechnisch von langfristigem Interesse.

Man verglast nun die Spaltprodukte und die minoren Aktinoide. Diese „radioaktiven Glasblöcke“ würden in 100 000 Jahren etwa zu 2% aufgelöst, wenn sie im Wasser stehen würden. Das ist die erste Barriere. Wenn sie sich so langsam auflösen, würde dies zu sehr geringen Konzentrationen im Wasser führen. Umgangssprachlich wäre das Wasser nur leicht radioaktiv. Jetzt müßte es aber noch mehrere hundert Meter durch etliche Gesteins- und Bodenschichten aufsteigen. Dies geht nicht nur extrem langsam, noch erfolgt es in einer Rohrleitung, sondern durch einen „riesigen Ionentauscher“. Es kommt nur sehr wenig von dem, was unten ins Wasser überhaupt rein geht, auch oben an. Umgangssprachlich filtert der Boden fast alles raus.

Damit kein Mißverständnis entsteht: Sicherheitstechnisch ist es überhaupt kein Problem, radioaktive Abfälle in einem speziellen Bergwerk gefahrlos und „für ewig“ zu vergraben. Allerdings muß diese Lösung einem Ingenieur widerstreben. Warum soll man Papier und Plastikbecher aussortieren, wenn man Brennelemente einfach am Stück wegwirft?

Wie gefährlich ist gefährlich?

Die Maßeinheiten in der Kerntechnik sind für Menschen, die nicht täglich damit umgehen, wenig verständlich. Dies wird von der Betroffenheitsindustrie weidlich ausgenutzt. Genüsslich wird mit riesigen Zahlen an Becquerel und Sievert nur so um sich geschmissen. Eigentlich ist der psychologische Trick einfach durchschaubar: So schrecklich viel, muß doch einfach gefährlich sein. Es kann also nicht schaden, die Angelegenheit etwas auf die Ebene der Alltagserfahrungen zurück zu holen.

Fangen wir mal mit der guten alten Maßeinheit der Madame Curie an: 1 Curie (Ci) entspricht 3,7 x 1010. Becquerel (Bq) oder anschaulich 1 Gramm Radium. Radium wurde bis in die 1930er Jahre in Medikamenten, Kosmetika und Leuchtstoff für Instrumente und Uhren verkauft. Bis man seine krebserzeugende Wirkung (in hoher Konzentration) erkannte.

Der Abfall aus der Aufbereitung von Brennelementen aus Leichtwasserreaktoren mit allen Spaltprodukten, minoren Aktinoiden und einem Rest von 0,5% Uran und 0,5% Plutonium (alles bezogen auf den ursprünglichen Gehalt im Brennstab vor der Aufbereitung) hat ein Jahr nach der Entladung ziemlich genau eine Radioaktivität von 106 Ci pro Tonne Schwermetall .(im ursprünglichen Brennstab). Die Radioaktivität der Spaltstoff-Lösung (nicht des Glasblockes!) entspricht also ziemlich genau der von Radium. Entscheidend ist, daß die Radioaktivität der Aktinoide zu diesem Zeitpunkt erst 1% ausmacht. Sie sind halt sehr langlebig und tragen damit noch wenig zur Aktivität bei. Nach etwa 500 Jahren ist der Schnittpunkt erreicht: Die Aktivität der Spaltprodukte entspricht der Aktivität der Aktinoide mit deren Zerfallsprodukten. Die Radioaktivität des Atommülls aus der Wiederaufbereitung ist auf rund 0,01% des ursprünglichen Wertes nach der Entladung abgefallen. Wären keine langlebigen Aktinoide im Abfall enthalten, wäre jetzt die Gefahr faktisch vorbei.

Ein anderer Versuch zur Veranschaulichung ist der Vergleich zwischen der Aktivität des Atommülls mit der ursprünglich zur Energieerzeugung geförderten Uranmenge. Uranerz enthält auch immer „Atommüll“, da durch die spontanen Zerfälle auch Spaltprodukte erzeugt worden sind (z. B. Radon). Diese Belastung mit Radionukliden in Gebieten mit Uranlagerstätten (z. B. Sachsen, Tschechien etc.) ist offensichtlich für den Menschen tolerierbar. Wäre das nicht der Fall, müßten überdurchschnittlich viele Sterbefälle in diesen Gebieten nachweisbar sein. Wirft man komplette Brennstäbe weg, wird diese Aktivität erst nach rund 30 000 Jahren erreicht. Solange hat man also zusätzliche Radioaktivität in die Natur eingebracht. Spaltet man das Plutonium in der Form von Mischoxid-Brennelementen in Leichtwasserreaktoren, wird dieser Zeitraum auf rund 1000 Jahre verkürzt. Ein doppelter Ertrag: Das langlebige Plutonium ist weg und für die damit zusätzlich erzeugte Energie braucht kein zusätzliches Uran gefördert werden.

Ein weiterer Vergleichsmaßstab ist Pechblende. Verbuddelt man komplette Brennstäbe, wird die Aktivität von Pechblende für diesen Atommüll auch nach über einer Million Jahren nicht erreicht. Verbuddelt man den verglasten Abfall nach der Wiederaufbereitung, wird der Wert schon nach etwa 80 000 Jahren erreicht. Entfernt man auch noch die Aktinoiden aus diesem Abfall, nach wenigen hundert Jahren (je nach Reinheit). An dieser Stelle dürfte jedem die Bedeutung der „Entsorgungsfrage“ für Pseudo-Umweltschützer klar geworden sein. Als die Grünen die Wiederaufbereitung in Deutschland gekippt hatten, glaubten sie das Totschlagargument gegen die Kernenergie gefunden zu haben: Die selbsterschaffene Gefahr für geologische Zeiträume, die man angeblich den Nachfahren aufbürdet. Politisch besser zu verwenden, als jeder Hexenwahn im Mittelalter.

Zusammenfassend kann an dieser Stelle noch einmal festgehalten werden:

  • „Atommüll“ kann selbst in seiner ursprünglichen Form – als abgebrannte Brennelemente – problemlos und ohne Gefahr für Mensch und Umwelt unterirdisch oder auch oberirdisch in technischen Bauten gelagert werden. Radioaktivität ist natürlich und klingt immer von allein ab (anders als z. B. Asbest oder Quecksilber, die in der Tat „ewig bleiben“). Die Gefahr, die von radioaktiven Stoffen ausgeht, ist somit zeitlich begrenzt. Die „ethische Dimension“ bezieht sich deshalb weniger auf die momentane Gefahr, als auf den Aufwand und die daraus resultierenden Kosten für zukünftige Generationen. Es ist das ewig gleiche Problem, einer jeden Mülldeponie. Kerntechnik ist in diesem Sinne keinesfalls anders, als z. B. Chemie, Landwirtschaft (z. B. Bodenerosion) oder Fischerei (unwiederbringliche Ausrottung ganzer Arten) zu betrachten. Jede Form der Nutzung von „Natur“ verändert diese dauerhaft.
  • Die Kerntechnik ist der einzige Industriezweig, der sich von der ersten Stunde an, Gedanken über seine Umwelteinflüsse gemacht hat. Der Gedanke des „Recycling“ wurde überhaupt erst durch sie populär. Man vergleiche dies mal mit anderen Zweigen der Energietechnik, in denen bis heute, nach wie vor, immer nur auf Umweltschäden reagiert wird. Paradebeispiel ist die Windkraft-Industrie (Vögel, Fledermäuse, Schweinswale, Infraschall usw.) im Verleugnen absehbarer Schäden. Kohle- und Ölindustrie sind dagegen bereits zu aktiven Umweltschützern mutiert.
  • Kernenergie ist unbestritten der sicherste Zweig der Energieerzeugung (Arbeitsschutz = Menschenschutz). Von Anfang an, war man bestrebt, die Nachteile so gering wie möglich zu halten. In welchem anderen Industriezweig gibt es sonst den Grundsatz, die Auswirkungen stets so gering wie möglich zu halten – unabhängig von den Kosten? Im Strahlenschutz und bei der Abgabe von radioaktiven Stoffen bereits mit absurden Auswirkungen.

Der Vorwurf einer angeblich ungelösten Entsorgungsfrage, ist jedenfalls absurd bis böswillig. Je nach Standpunkt und Bildungsgrad.

Das Purex-Verfahren

Wie der Name schon sagt – Plutonium-Uranium Recovery by Extraction – dient der Purex-Prozeß zur Gewinnung von Uran und Plutonium mit möglichst hoher Reinheit. Alles andere (alle Spaltprodukte ob stabil oder radioaktiv und die minoren Aktinoide) ist Abfall. Günstig, wenn man daraus neue Brennelemente für Leichtwasserreaktoren herstellen will, ungünstig für den „Atommüll“, der dadurch besonders langlebig wird.

Es handelt sich um eine Flüssig-Flüssig-Extraktion: Es wird Wasser und Öl gemischt. Diese beiden Flüssigkeiten trennen sich wieder von allein. Findet man nun ein Stoffpaar mit möglichst unterschiedlichem Lösungsvermögen für den gewünschten Stoff, hat man eine einfache Möglichkeit zur Gewinnung gefunden. Es wird aus dem abgenutzten Brennstoff mittels konzentrierter Salpetersäure eine wässrige Lösung hergestellt. Dieses genau eingestellte „Salzwasser“ (Nitrate) wird nun in einer Pulskolonne intensiv mit dem „Öl“ gemischt. Das „Öl“ besteht aus rund 70% Kerosin, in dem rund 30% Tributylphosphat aufgelöst sind. Dieses „Öl“ löst Uran und Plutonium wesentlich besser als andere Salze. Im ersten Schritt gehen etwa 98% davon von der wässrigen in die organische Lösung über.

Für das Verständnis ist wichtig, daß die Löslichkeit relativ ist. Mit anderen Worten, es geht nie alles Uran und Plutonium von der wässrigen Lösung über, dafür aber auch immer einige Spaltprodukte. Man muß das Verfahren also mehrmals wiederholen (Kaskade). Üblich ist eine geforderte Reinheit von 99,9% bei den Endprodukten Uran und Plutonium. Andererseits geht man von bis zu 0,5% Uran und 0,5% Plutonium (beides auf die ursprüngliche Menge im Brennstab bezogen) im Abfallstrom aus. Man hat also nicht nur die ursprünglichen rund 0,07% minoren Aktinoide (Neptunium, Americium, Curium) sondern auch bis zu 0,05% Uran und 0,0005% Plutonium als langlebige α-Strahler im Abfall. Zusammen mit den rund 3,06% Spaltprodukten. Diese Brühe wird nun aufkonzentriert und später verfestigt (kalziniert) und in Glas eingeschmolzen. Das ist das Produkt, welches z. B. aus England und Frankreich zur Endlagerung als „Atommüll“ nach Deutschland zurück geliefert wird. In diesem „Atommüll“ entspricht der Anteil an α-Strahlern also etwa 4%.

Eine Wiederaufbereitungsanlage ist kein Kernkraftwerk, sondern eine reine Chemiefabrik und erzeugt damit auch keinen „Atommüll“. Dies wird immer wieder fälschlich behauptet. In einer Wiederaufbereitungsanlage werden die bereits angelieferten radioaktiven Stoffe lediglich umsortiert und anders konditioniert (z. B. verglast).

Pyrometallurgische Verfahren

Will man den wiedergewonnenen Brennstoff nicht wieder in Leichtwasserreaktoren, sondern in schnellen Reaktoren verwenden, erhält man ein gänzlich anderes Anforderungsprofil. Die Reinheit von Uran und Plutonium spielt – wegen der generell kleineren Einfangquerschnitte – nur noch eine untergeordnete Rolle. Es wird damit möglich, alle Aktinoiden zusammen abzutrennen und als Brennstoff erneut zu verwenden. Es spielt auch keine Rolle, ob einige Spaltprodukte mit durchrutschen. Viele sehen den Vorteil dieses Brennstoffgemisches im Schutz gegen die Weiterverbreitung von Kernwaffen: Es ist ohnehin für den Bau von Kernwaffen völlig ungeeignet. Darüber hinaus, ist der Transport und die Handhabung wegen der erhöhten Strahlung kaum im Verborgenen zu machen.

Die abgenutzten Brennstäbe werden in geschmolzenem Salz aufgelöst. Dabei trennen sich bereits alle leicht flüchtigen Bestandteile (z. B. Edelgase) ab. In das Salzbad tauchen die Elektroden ein. Die Aktinoiden scheiden sich gemeinsam an der Kathode als eine Art „Metallschwamm“ ab. Die Spaltprodukte bleiben im Salzbad gelöst und reichern sich dort an. Aus ihr werden zwei verschiedene „Abfallformen“ zur Lagerung hergestellt: Eine metallische Matrix, in der alle Edelmetalle eingelagert werden und ein keramisches Produkt, in dem die Spaltstoffe in mineralischer Form (Metalle der I. und II. Gruppe und die Halogene) vorliegen. Beides sehr stabile Formen, die direkt einem unterirdischen Lager zugeführt werden könnten. Man könnte sie dort in Bohrlöchern versenken. Vielleicht sollte man hier noch einmal daran erinnern, daß diese Form des Atommülls nach wenigen hundert Jahren nur noch wie gewöhnliches Uranerz strahlt – also einem Stoff, mit dem Bergleute ohne große Schutzmaßnahmen umgehen können.

Der „Metallschwamm“ der Kathode wird nun unter Schutzgas in einem Induktions-Tiegel eingeschmolzen und üblicherweise mehrere Stunden bei bis zu 1400 °C gehalten. Die Schmelze homogenisiert sich. Es können auch weitere Legierungsbestandteile hinzugefügt werden. Schließlich erfordert jeder Brennstab im Reaktor (idealer weise) eine etwas andere Zusammensetzung. Die Legierung kann auch in Formen aus Graphit zu Barren vergossen werden. Üblicherweise werden aber direkt dünne „Stäbe“ zur Herstellung neuer Brennstäbe abgegossen. Ein Verfahren, ist das Gießen in dünne Rohre aus Quarzglas, die während des Abgusses in einer Zentrifuge rotieren. Durch die Zentrifuge bekommt man besonders hochwertige Stäbe. Das Ausformen ist durch Zerschlagen der Glasröhren besonders einfach.

Die Brennstäbe werden aus Stahlrohren (H9) gebildet, in die nun die gegossenen Stücke eingesteckt werden. Der Querschnitt der Gußstücke beträgt nur etwa 75% der Innenfläche der Rohre, da der Brennstoff durch die Bestrahlung sehr stark anschwillt. Damit überhaupt eine gute Wärmeübertragung zwischen Brennstoff und Hülle stattfinden kann, werden die Stäbe mit flüssigem Natrium ausgegossen. Dies geschieht sehr langsam auf Rütteltischen, damit auch kleinste Gasblasen aufsteigen können. Abschließend werden die Rohre gasdicht verschweißt. Die Rohre sind nicht auf ihrer ganzen Länge mit Brennstoff gefüllt, sondern haben oben einen Gasraum als Puffer, in dem sich später Spaltgase ansammeln können. Dieser Gasraum ist mit einer individuellen Gasmischung gefüllt. Wird ein Brennstab im Reaktor undicht, kann man ihn später durch eine Analyse der Isotopenzusammensetzung des „Abgases“ genau identifizieren. Solche Messmethoden sind für den Betrieb sehr wichtig, da flüssiges Natrium nicht durchsichtig ist, was Inspektionen sehr erschwert.

Man muß sich immer vor Augen halten, daß die Abbrände bei schnellen Reaktoren sehr viel höher als bei Leichtwasserreaktoren sind. Man geht dadurch auch mit wesentlich kleineren Brennstoffmengen (bezogen auf die erzeugte elektrische Energie) um. Eine solche Wiederaufbereitung und Brennstoffproduktion hat gegenüber den klassischen industriellen Anlagen eher den Charakter einer Manufaktur. Die Abschirmung ist kein Problem – es genügen übliche heiße Zellen. Die Handhabung ebenfalls nicht, da es sich um recht überschaubare Vorgänge handelt, die sich leicht automatisieren lassen. Es spricht also nichts dagegen, eine solche Anlage direkt auf dem Gelände des Kraftwerks zu errichten. Transport- und Sicherheitsrisiken werden damit erheblich verringert. Den Abfall könnte man ebenfalls in Bunkern auf dem Gelände lagern. Da die Strahlung recht schnell abklingt, könnte man die Entscheidung zwischen verbuddeln oder nutzen bis zum endgültigen Abbruch der gesamten „Energieerzeugungsanlage“ vertagen. Immerhin sind rund 50 % der Spaltprodukte schon mal seltene Erden.