Dienstag, 6. Juli 2010

Die Rückkehr der Natriumreaktoren

Atomreaktoren werden bei Betrieb - ähnlich wie Automotoren - im Inneren sehr heiss und müssen deshalb gekühlt werden. Bei den knapp 500 Kernkraftwerken, welche derzeit existieren, geschieht dies mit Wasser bzw. mit Wasserdampf. Einige Meiler, zumeist in England stationiert, werden mit Gas gekühlt. Darüberhinaus gibt es etwa zwei Dutzend Spezialreaktoren der Kategorie "Schneller Brüter", bei denen die genannten Kühlmittel nicht effizient sind. Sie müssen mit Flüssigmetall, zumeist Natrium, abgekühlt werden, da die Energiedichte in ihrem Reaktorkern etwa zehnmal höher ist als bei konventionellen Kernen. Diese Brutreaktoren leiten ihren Namen davon ab, dass sie ihren Kernbrennstoff selbst erbrüten - ohne deswegen ein "perpetuum mobile" zu sein - und, dass sie schnelle Neutronen als Agens benutzen, im Gegensatz zu all den übrigen Kernkraftwerken, in denen langsame, also energieärmere Neutronen wirksam werden.

Die natriumgekühlten Reaktoren scheinen vor einer Renaissance zu stehen. In Japan wurde kürzlich der 280 Megawatt (MWe) Brutreaktor "Monju" wieder in Betrieb gesetzt, nachdem er volle 15 Jahre stillgestanden hatte. Die Ursache war ein vergleichsweise lapidarer Störfall im Jahr 1995, bei dem es wegen eines Lecks in einer Rohrleitung zum Austritt von einigen hundert Kilogramm Natriums kam,das allerdings nicht radioaktiv war. Ein Personenschaden war damit nicht verbunden. Trotzdem wurde das Genehmigungsverfahren nochmals vom Anfang bis zum Ende aufgerollt - ohne dass man zu neuen Erkenntnissen gekommen ist. Darüberhinaus erpresste die Standortgemeinde Tsuruga ungeniert die Regierung in Tokyo zum Bau einiger Regionalstrassen und -tunnels; sogar der Hochgeschwindigkeitszug "Shinkansen" soll zukünftig in den Provinzkaff einen Stopp einlegen.


Natriumkreislauf des Monju mit Leckstelle und Natriumlache am Boden

In Frankreich plant man sogar eine ganze Flotte von 30 bis zu 60 natriumgekühlten Kernkraftwerken für die Jahre 2060 - 2080. Sie sollen zum Teil die gegenwärtigen Leichtwasserkernkraftwerke (LWR) ablösen und ausserdem der Rezyklierung von Plutonium und Americium dienen. Die Rückführung des in den LWR erzeugten Plutoniums ist aus Sicherheitsgründen nicht endlos möglich; hier bieten sich die Natriumreaktoren an, deren energiereiche Neutronen diese Atomkerne "knacken" können. Ausserdem beabsichtigt man, die Brutzone ausserhalb des Reaktorkerns mit Spezialelementen aus Americium zu bestücken, um dessen Umwandlung in radiologisch unbedenklichere Nuklide zu bewirken.

Das Commissariat a l´Energie Atomique (CEA), die staatliche französische Atombehörde, hat vor einiger Zeit mit der Planung eines Natriumreaktors begonnen, der als Prototyp-Kernkraftwerk für zukünftige Einheiten dienen soll. Unter dem Namen ASTRID (für: Advanced Sodium Technological Reactor for Industrial Demonstration) soll bis 2025 ein natriumgekühltes Schnelles Kernkraftwerk von 600 MWE Leistung im südfranzösischen Marcoule errichtet werden. Seit kurzem hat das CEA, wegen des Betriebs einiger Windmühlen, seinen Namen um den Zusatz "... et Energies Alternatives" verlängert, behält aber - schlitzohrigerweise - das Akronym CEA unverändert bei.

Die technische Auslegungvon Astrid orientiert sich an bewährten Vorbildern. Der Reaktorkern und die Zwischenwärmetauscher befinden sich zusammen in einem Tank (pool-Version); die Spaltenergie wird über zwei hintereinander geschaltete Natriumkreisläufe zum modularisierten Dampferzeuger geführt. Aus Gründen der Sicherheit und der Wirtschaftlichkeit überlegt man den Wegfall des zweiten Natriumkreislaufs und die Kühlung des Dampferzeugers mit Helium anstatt mit Wasserdampf. Der Reaktorkern soll mit dicken Brennstäben ausgestattet sein, um einen hohen Abbrand zu erzielen. Ausserdem wird er zur Optimierung des Natriumvoideffekts aus verschiedenen heterogenen Zonen aufgebaut sein. Spezielle Hüllmaterialien sollen das neutroneninduzierte Schwellen minimieren. Schliesslich wird die Ausbiegung der Brennelemente ("bowing") durch rigide Kernverspannungen unterbunden werden und ein "core-catcher" soll Schmelzrisiken begrenzen.

Typisches Kreislaufschema eines natriumgekühlten Kernkraftwerks
(loop-Version)

Einiges in dieser Aufzählung wird wohl Wunschdenken bleiben ( wie die Heliumturbine und die Eliminierung des Natriumzwischenkreislaufs); anderes wurde bereits in den siebziger und achziger Jahren im Kernforschungszentrum Karlsruhe im Rahmen des Projekts Schneller Brüter (PSB) durchgeplant. Es könnte in tausenden von sog. Primärberichten nachgelesen werden, wenn nicht spätere Geschäftsführer die "Entsorgung" dieser Dokumente zugelassen hätten.

Derzeit sucht das CEA im nationalen und internationalen Bereich nach Partnern, denn allein ist so eine Aufgabe nicht zu stemmen. Der französische Reaktorbauer Areva hat sich bereits angeboten; das verwundert kaum, denn mit der Papierplanung von Astrid lässt sich wohl risikoloser Geld verdienen als mit den EPR-Blöcken in Olkilouto und Flamanville. Abseits steht aber noch der nationale Stromkonzern EdF. Dort ist man nicht begeistert von der Kernumwandlung der "minoren Aktinide" wie Americium und verfolgt deshalb eine andere Strategie als CEA (und das französische Parlament). So wird darauf verwiesen, dass man heute bereits einige zehntausend Gebinde von hochradioaktivem Abfall verglast hat (in denen sich Tonnen von Americium befinden) und für welche später die Endlagerung in tiefen Erdformationen vorgesehen ist. In ferner Zukunft könne man, gemäss EdF, zwar einige spezielle Natriumreaktoren zur Americiumumwandlung betreiben, aber man solle dabei immer die Wirtschaftlichkeit dieses Vorgehens mit der Tieflagerung vergleichen.

Im internationalen Bereich bietet sich die Zusammenarbeit mit Japan an, dessen wiedergenesener Monju etwa ab dem Jahr 2025 für Transmutationsversuche zur Verfügung stehen könnte. Weitere potentielle Partner sind Russland und (mit Abstrichen) China. Indien, das ebenfalls ein starkes Schnellbrüterprogramm verfolgt, kommt vermutlich als Kooperationspartner nicht infrage, da sich dieses Land bis heute weigert, den Atomsperrvertrag zu unterschreiben.

Abschliessend noch ein Wort zu den Kosten des französischen Programms. Für die nächsten sieben Jahre ist ein umfassendes F+E-Programm geplant, wobei auch die kritische Anordnung "Masurca" in Cadarache wieder in Betrieb gesetzt werden soll. Dieser Aufwand wird auf etwa 700 Millionen Euro abgeschätzt; er soll über eine staatlich garantierte Anleihe finanziert werden. Der grösste Brocken ist allerdings der Bau des Natriumreaktors Astrid; er wird auf mindestens 2 Milliarden Euro veranschlagt. Hinzu kommen noch einige Pilotanlagen für den Brennstoffkreislauf, also für die Fabrikation der Brennstäbe und für die Wiederaufarbeitung des Reaktorkerns. Dafür muss wohl mit einer weiteren Milliarde gerechnet werden.

Somit kostet das Unternehmen Astrid aus heutiger Sicht 3,7 Milliarden Euro.

Mindestens!

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