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entdeckt_01_2015

FORSCHUNG// DAS FORSCHUNGSMAGAZIN AUS DEM HZDR WWW.HZDR.DE 26 27 Berührung geraten – mit der fatalen Folge besonders heftiger Reaktionen. Nicht umsonst gab es in Deutschland und Groß- britannien schon vor vielen Jahren den Beschluss, aus der Brüter-Technologie kurz nach oder teilweise sogar noch vor Inbetriebnahme der Anlagen wieder auszusteigen. Anders in Frankreich, wo ernsthaft an „ASTRID“ gearbeitet wird, dem voraussichtlich ersten Reaktor der IV. Generation. Im Jahr 2025 bereits könnte er in Betrieb gehen. Am Vor- gänger-Projekt Phénix kam es allerdings nicht nur zu einem Natriumbrand. „Daraus haben wir Kerntechniker gelernt und die Anlagen wurden entsprechend aufgerüstet“, sagt der HZDR-Wissenschaftler. Automatische Feuerlöscher und Auf- fangsysteme sowie doppelte Wände in den Leitungen, durch die Natrium fließt, gehören dazu. Bei einem Natriumleck am japanischen Monju-Reaktor im Jahr 1995 zeigte sich, worauf es außerdem ankommt. „Wichtig ist, dass die Betriebsmann- schaft extrem gut geschult ist und sofort auf einen Vorfall reagieren kann. Und natürlich muss auch die Bevölkerung vollumfänglich aufgeklärt werden“, führt Merk aus. Sicherheit im Vordergrund Sowohl Leichtwasser-Reaktoren als auch schnelle Reaktoren verfügen über eine hohe inhärente Sicherheit. Das heißt, dass sich die Anlage aus physikalischer Sicht selbst stabilisiert. So sinkt bei einem Leichtwasser-Reaktor die Leistung bei Was- ser- und Druckverlust. Bei steigender Brennstoff-Temperatur werden sowohl im Leichtwasser-Reaktor als auch im Schnel- len Brüter mehr Neutronen im Brennstoff eingefangen, ohne dass sie eine Spaltreaktion hervorrufen. Sobald ein Schneller Brüter überhitzt, dehnt er sich zudem aus – auch durch diesen Prozess nimmt die Leistung ab. Bruno Merk hat sich Gedanken über ein Verfahren gemacht, das die Stabilität des Reaktorkerns erhöht mit dem Ziel, Neutronen im Brennstoff bei steigender Temperatur verstärkt einzufangen. Dafür müssen mehr Neutronen sicher abge- bremst werden können. Nun bremst zwar Wasser Neutronen ab, es kann aber in einem Schnellen Brüter wegen des reakti- onsfreudigen Natriums nicht verwendet werden. Bindet man jedoch Wasserstoff an eine geeignete Trägersubstanz, zum Beispiel an Yttrium, und setzt das Material als Abstandshalter zwischen den vielen einzelnen Brennstäben im Reaktorkern ein, so kommt es zum gewünschten Abbremseffekt. Wichtig ist dabei, dass das Yttriumhydrid in den Brennelementen sehr fein verteilt wird. Diese Idee ist mittlerweile patentiert. „Uns Kerntechniker in Deutschland treiben die gleichen Fragen um, an denen auch die internationalen Kollegen arbeiten“, erläu- tert Merk. „Wir wollen herausfinden, mit welchen Methoden wir eine höchstmögliche Sicherheit erreichen können.“ Zu- gleich soll der Abbrand von Brennstoff in schnellen Reaktoren weiter optimiert werden, um möglichst wenig nuklearen Abfall zu erzeugen. Zur Sicherheit natriumgekühlter Reaktoren tragen im Übrigen auch Forschungsarbeiten anderer Bereiche bei. So wird in Deutschland intensiv zu flüssigen Metallen geforscht, denn diese kommen auch in vielen anderen Industriezweigen vor bzw. werden für Zukunftstechnologien – wie beispielsweise neuartige Batterien oder Solarkraftwerke – immer bedeutsa- mer. In einem Flüssigmetall lässt sich Energie in großen Men- gen speichern oder Wärme effektiv abführen. Die Wärmeleit- fähigkeit ist bis zu 100 Mal größer als bei Wasser. Durch neue Messverfahren, wie sie auch am Dresdner Helmholtz-Zentrum entwickelt wurden, ist es heute möglich, die Strömungen von flüssigen Metallen vollständig zu überwachen. So ist in den letzten Jahren die Betriebssicherheit von Flüssigmetall-Tech- nologien deutlich gestiegen. „Forschung kann letztlich immer nur dazu beitragen, Optionen zu eröffnen, Wege aufzuzeigen und fundierte Diskussionen anzustoßen.“ Davon ist Bruno Merk mehr denn je überzeugt. Die Entscheidung, ob und welche Technologie eingesetzt wird, muss eine Gesellschaft treffen, indem sie Gefahren und Risi- ken sorgfältig abwägt. Deutschland steigt aus der Erzeugung von Energie durch Atomkraft bis zum Jahr 2022 aus. Dennoch braucht das Land Experten wie Bruno Merk und seine Kol- legen am HZDR und an den Helmholtz-Zentren in Jülich und Karlsruhe, die zur Sicherheit der nur wenige Kilometer von unseren Grenzen in Belgien, Frankreich, Tschechien oder der Schweiz entstehenden Reaktoren beitragen. PUBLIKATION: B. Merk u. a.: “Progress in reliability of fast reactor operation and new trends to increased inherent safety”, in Applied Ener- gy 2015 (DOI: 10.1016/j.apenergy.2015.02.023) _Institut für Ressourcenökologie am HZDR Dr. Bruno Merk b.merk@hzdr.de KONTAKT TEST: Blick ins Kontrollzentrum des BN-800 beim Erreichen der ersten Kritikalität. Foto: Rosenergoatom

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