Transmutation (Kerntechnik)

In der Kerntechnik steht der Begriff Transmutation für ein Verfahren zur Umwandlung langlebiger, stark toxischer Radionuklide (Plutonium und andere Aktiniden) aus dem Betrieb von Kernkraftwerken in kurzlebigere, weniger toxische Nuklide. Es baut auf dem Naturphänomen Transmutation (Physik) auf, ist damit aber nicht gleichzusetzen.

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Prinzip

Die Transmutation (Umwandlung) von Nukliden geschieht durch Wechselwirkung eingestrahlter Teilchen (meist Neutronen oder Protonen) mit diesen Nukliden. Es kommt dabei zur inelastischen Streuung an bzw. bei Neutronen auch zum Einfang der Teilchen in den Nukliden. Je nach Art und Energieeintrag der eingestrahlten Teilchen und je nach Eigenschaften der bestrahlten Nuklide können in Folge dieser Wechselwirkung dann verschiedene Reaktionen ablaufen, die das Nuklid transmutieren (umwandeln), unter anderem:

• die Anregung des Nuklids mit anschließenden Betazerfällen (Umwandlung von Neutronen in Protonen oder umgekehrt)
• die Anregung des Nuklids mit anschließendem Abdampfen von Neutronen, Protonen, Alpha-Teilchen usw.
• die Spaltung des Nuklids in zwei oder drei große Tochternuklide
• die Zertrümmerung des Nuklids in viele kleine Nuklide

Die bei der Transmutation entstehenden Nuklide unterscheiden sich in Nukleonenzahl, Gewicht und Stabilität von ihren Ausgangsnukliden.

Anwendung

Die Transmutation ermöglicht es, beliebige Radionuklide durch Bestrahlung in andere Radionuklide umzuwandeln. So wird bereits seit den 40er Jahren des 20. Jahrhunderts großtechnisch Plutonium 239 und Uran 233 aus der Neutronenbestrahlung von Uran 238 und Thorium 232 gewonnen. Die Transmutation zur Beseitigung von nuklearem Abfall zu verwenden ist ebenfalls seit einigen Jahrzehnten in der Diskussion. Sie sollte ursprünglich den nuklearen Brennstoffkreislauf schließen und eine maximale Nutzung der irdischen Kernbrennstoffreserven ohne Produktion nuklearer Abfälle gewährleisten. So sollten zunächst Wiederaufarbeitungsanlagen eine Auftrennung des nuklearen Abfalls von Kernkraftwerken in gefährliche und ungefährliche nukleare Rest- und Wertstoffe vornehmen. Anschließend sollten schnelle Brutreaktoren (in denen heute auch Uran zu Plutonium transmutiert wird) verwendet werden, um die gefährlichen nuklearen Reststoffe mit Neutronen zu bestrahlen und sie mit der Zeit in ungefährliche umzuwandeln. Ende der 80er Jahre stellte der Nobelpreisträger Rubbia ein alternatives Konzept zur Transmutation vor; darin sollte ein unterkritischer Reaktor, welcher von einem starken Teilchenbeschleuniger angetrieben wird, die Neutronen zur Transmutation liefern. Der Sicherheitsvorteil dieses Entwurfs ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, dass eine derartige Transmutationsanordnung grosse Mengen Energie verbraucht. Ein schneller Brüter, der zur Transmutation eingesetzt würde, würde im Gegensatz dazu Energie liefern.

Bis zum heutigen Tage wurde weltweit noch keine grosse Transmutationsanlage zur Beseitigung von nuklearen Abfällen realisiert. Die wenigen existierenden schnellen Brüter werden ausnahmslos zur zivilen wie militärischen Plutoniumproduktion eingesetzt. Lediglich im Rahmen von Forschungsprojekten wurden bisher kleine Transmutationsanlagen realisiert. Die Gründe hierfür sind seitens der Industrie mangelnde finanzielle Anreize der entsprechenden Technik (bedingt durch den seit Jahrzehnten niedrigen Uranpreis, die eine Weiterentwicklung der Technik unnötig macht), seitens der Politik die gleichgültige oder ablehnende Haltung gegenüber neuartiger Nukleartechnik in großen Teilen der Bevölkerung. Da auf dem Gebiet der Transmutation - wie generell in der Nukleartechnik - kaum mehr Forschung betrieben wird, wird diese Methode in näherer Zukunft wohl keine Lösung des nuklearen Endlagerproblems bringen.

Siehe auch

• Transmutation (Physik)
• Transmutation

Weblinks

• Transmutation - energieinfo.de.
• Was bedeutet "Transmutation"? - energie-fakten.de.
• Transmutation und Inzineration - Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI), Darmstadt.
• Arbeitsgruppe Transmutation - Institut für Kern- und Energietechnik, Forschungszentrum Karlsruhe
• Das Rubbiatron (Studienarbeit, Uni Essen).
• "Der neue Stein der Weisen - Die "Transmutation" könnte den Atommüll entschärfen" Frankfurter Rundschau vom 4. Juni 2002 (auf der Seite weiter unten zu finden).
• Die Neutronendusche (Artikel Berliner Morgenpost)
• Transmutation mit dem Laser Neuer Zürcher Zeitung (NZZ) vom 21. Okt. 2003 (auf der Seite weiter unten zu finden).
• Transmutation - ein alternativer Weg der Entsorgung? Vortragsbericht, kernenergie.de (Stand 3/2000).
• Forschung für die nukleare Entsorgung - Konzepte und ihre Perspektiven Vortragsbericht, kernenergie.de (Stand 4/2004)
• Kleine Anfrage im 14. Bundestag zur Transmutationsforschung - Antwort der Bundesregierung.
• Strahlung unter Beschuss ZDF Abenteuer Wissen vom 23. Mai 2007