Transmutation hochradioaktiver Abfälle Partitionierung und Transmutation (P&T) ist bislang nur eine Theorie. Mithilfe von Transmutation soll hochradioaktiver Atommüll so aufbereitet werden, dass die Strahlung schneller abnimmt. Sind diese Konzepte in der Praxis umsetzbar und können sie ein Endlager ersetzen? Mithilfe von Partitionierung und Transmutation (P&T) soll es möglich sein, hochradioaktive Abfälle so aufzubereiten, dass sich die Dauer, die sie nennenswert strahlen, reduziert. Bislang gelang dies allenfalls im Labormaßstab. Bei intensiver Forschung würden voraussichtlich mehrere Jahrzehnte vergehen, bis die Technologie einsatzbereit wäre. Ein Endlager für hochradioaktive Abfälle wäre trotzdem erforderlich, da nur ein Teil des hochradioaktiven Atommülls umwandelbar ist. Die tiefengeologische Entsorgung ist absehbar die bessere Alternative: Zu diesem Schluss kommt ein aktuelles Gutachten , dass das BASE in Auftrag gegeben hat. Partitionierung und Transmutation Weltweit forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler seit Jahrzehnten an verschiedenen Möglichkeiten, hochradioaktive Abfälle sicher zu entsorgen. Eine Variante, die es bisher nur in der Theorie gibt, ist die industrielle Anwendung von Transmutation zur Verringerung der Menge radioaktiver Abfälle. Mit diesem Verfahren sollen langlebige Bestandteile des Abfalls gezielt in kurzlebige oder stabile Stoffe umgewandelt werden. Transmutation – Wohin mit dem ganzen Müll? Die Nutzung der Kernenergie hat 27.000 m³ hochradioaktive Abfälle allein in Deutschland hinterlassen. Können diese Abfälle recycelt werden? Bisher funktioniert die Transmutation im Kontext der Abfallbehandlung nur in der Theorie. Wäre sie zukünftig vielleicht eine Alternative zur Endlagerung tief unter der Erde? Unser Video gibt Antworten. Was ist Transmutation? Langlebige Bestandteile wie Uran und Plutonium werden abgetrennt und in kurzlebige Bestandteile umgewandelt, dabei entsteht auch Energie. © BASE Transmutation ist ein physikalischer Prozess, bei dem ein Element in ein anderes umgewandelt wird. In Atomkraftwerken passiert dies bereits für einige Stoffe (insbesondere Uran und Plutonium ) als Nebeneffekt der Stromerzeugung. Transmutation, im Kontext der Abfallbehandlung, bedeutet, dass langlebige radioaktive Atomkerne ( Radionuklide ) in kurzlebige oder stabile Atomkerne umgewandelt werden. Ein Transmutationsverfahren zur gezielten industriellen Abfallbehandlung existiert noch nicht. Sollte das eines Tages technisch möglich sein, würde, so die Hoffnung, der hochradioaktive Atommüll nicht mehr für hunderttausende Jahre Menschen und Umwelt gefährden, sondern nur für einen deutlich kürzeren Zeitraum. Im Gegenzug würde sich aber voraussichtlich das Volumen an schwach- und mittelradioaktiven Abfällen deutlich erhöhen. Auf ein Endlager für hochradioaktive Abfälle könnte auch deshalb nicht verzichtet werden, da nur ein Teil der hochradioaktiven Abfälle überhaupt transmutiert werden kann. Aus was besteht eigentlich Atommüll? Hochradioaktive Abfälle aus Atomkraftwerken sind eine Mischung aus verschiedenen Stoffen bzw. Stoffgruppen, die jeweils unterschiedliche Eigenschaften haben. Da die hochradioaktiven Abfälle über einen sehr langen Zeitraum ein hohes Gefährdungspotential besitzen, müssen sie durch ein Endlager für eine Million Jahre von der Umwelt abgeschirmt werden. Die Hauptbestandteile sind: Uran Uran wird aus der Erde geschürft und zu Brennstoff verarbeitet. Der Großteil des Urans, nämlich gut 94%, wird während des Einsatzes im Atomkraftwerk jedoch nicht gespalten, sondern als Teil des hochradioaktiven Abfalls entsorgt. Das im Kraftwerk eingesetzte Uran selbst strahlt nur sehr schwach und ist wenig mobil im Erdreich. Einige P&T -Konzepte sehen daher vor, es nicht umzuwandeln. Stattdessen würde es vom Rest des Abfalls abgetrennt und direkt einem Endlager zugeführt. Transurane Transurane sind Stoffe, die entstehen, wenn Uran Neutronen einfängt statt durch diese gespalten zu werden. Dadurch bilden sich Elemente mit einer höheren Ordnungszahl - also mit mehr Protonen - als Uran. Relevant sind dabei insbesondere die Elemente Neptunium, Plutonium , Americium und Curium. Transurane machen etwa 1,5 % des deutschen hochradioaktiven Abfalls (in Form von Brennelementen ) aus. Sie tragen zu einer hohen Strahlung und großen Wärmefreisetzung der bestrahlten Brennelemente bei. Spaltprodukte Spaltprodukte entstehen, wenn Uran oder Transurane gespalten werden. Spaltprodukte machen etwa 4 % des hochradioaktiven Abfalls (in Form von Brennelementen ) aus. Sie tragen in den ersten Jahrzehnten am meisten zur Strahlung sowie zur Wärmefreisetzung der verbrauchten Brennelemente bei. Spaltprodukte sind oft gut wasserlöslich und somit sehr mobil im Erdreich. Wie funktioniert Transmutation im Kontext der Abfallbehandlung? Das angestrebte technische Verfahren zur Abfallbehandlung wird „Partitionierung und Transmutation" ( P&T ) genannt und besteht aus drei Schritten: Abtrennung (Partitionierung), Brennstofffertigung und Umwandlung (Transmutation). Bei der Abtrennung werden zunächst Transurane aus den abgebrannten Brennelementen herausgelöst. Für Uran und Plutonium geschieht dies heute bereits in Wiederaufarbeitungsanlagen. Um auch die übrigen Transurane abtrennen zu können, bedarf es erheblicher technischer Weiterentwicklungen. Bislang gelang dies nur im Labor. Anschließend sollen die abgetrennten Transurane zu neuen Brennelementen verarbeitet und in speziellen Reaktoren mit Neutronen beschossen werden. Ein Teil der Transurane wird dabei gespalten und in kurzlebigere oder stabile Atomkerne umgewandelt. Im geringen Umfang entstehen aber auch langlebige Spaltprodukte , beispielsweise Iod-129. Das P&T-Verfahren müsste allerdings viele Male wiederholt werden, da bei jedem Durchgang nur ein Teil der Transurane umgewandelt werden kann. © BASE Ist Transmutation in der Praxis umsetzbar? Bislang existiert keine industriereife Transmutations-Anlage. Bis dahin könnten – so dass vom BASE in Auftrag gegebene Gutachten – noch viele Jahrzehnte vergehen. Die Forschungs- und Entwicklungsarbeit wäre mit hohen Kosten verbunden. Laut den Modellrechnungen müssten drei bis 23 dieser auf Transmutation ausgelegten Atomkraftwerke zwischen 55 und 300 Jahren betrieben werden, um einen Großteil der deutschen Transurane zu transmutieren. Das P&T-Verfahren würde somit den Aufbau einer umfangreichen kerntechnischen Industrie notwendig machen. Dies ist durch die derzeitige Gesetzeslage in Deutschland nicht gedeckt. Der Grund: Nach den Reaktorkatastrophen von Tschernobyl und Fukushima gibt es hierzulande einen breiten gesellschaftlichen Konsens darüber, künftig keine Atomkraftwerke mehr zu betreiben. Die drei letzten Atomkraftwerke wurden am 15. April 2023 abgeschaltet. Kann Transmutation ein Endlager ersetzen? Auch mit Transmutation würde ein Endlager für hochradioaktive Abfälle erforderlich bleiben. Dies hat insbesondere drei Gründe: Selbst bei mehrmaliger Transmutation bleiben Transuran-Reste zurück, die einem Endlager zugeführt werden müssten. Langlebige Spaltprodukte (sowohl bestehende als auch neu entstehende) müssten in einem Endlager eingelagert werden. Nur ein Teil der hochradioaktiven Abfälle liegt in Form von Brennelementen vor. Ca. 40% der Abfälle wurden im Rahmen der Wiederaufbereitung verglast. Hier wäre die erneute Partitionierung deutlich anspruchsvoller. Weiterhin ist zu beachten, dass sich die Menge an schwach- und mittelradioaktiven Abfällen, beispielsweise aus dem Rückbau der Anlagen, erheblich erhöhen würde. Fazit Die Leistungsfähigkeit sowie der Zeitpunkt einer möglichen Verfügbarkeit der Transmutation zur industriellen Behandlung von radioaktiven Abfällen sind ungewiss. Auf diese Technologie als Ersatz für ein Endlager für hochradioaktive Abfälle zu setzen, ist daher mit dem Verantwortungsprinzip nicht vereinbar. Dieses Prinzip ist im Standortauswahlgesetz verankert und sieht vor, dass ein bestmöglicher Schutz von Mensch und Umwelt vor den Wirkungen ionisierender Strahlung sowie die Vermeidung unzumutbarer Lasten für zukünftige Generationen gewährleistet sein muss. Die Zukunft Für den Fall, dass Partitionierung & Transmutation in den kommenden Jahrzehnten oder Jahrhunderten tatsächlich bis zur industriellen Reife weiterentwickelt wird und sich die Menge der hochradioaktiven Abfälle verringern ließe, sieht das Standortauswahlgesetz Korrekturmöglichkeiten vor. Laut Gesetz sollen die hochradioaktiven Abfälle bis zum Verschluss des Endlagers zurückgeholt werden können. Gutachten zu Partitionierung und Transmutation Kategorie: Nukleare Sicherheit | Datum: 10.03.2021 Konzepte zu Partitionierung und Transmutation werden international diskutiert und erforscht. Mithilfe von Transmutation soll hochradioaktiver Atommüll so aufbereitet werden, dass die Strahlung schneller abnimmt. Doch bislang ist das nur Theorie. Das BASE hat ein Gutachten in Auftrag gegeben, um zu prüfen, ob diese Konzepte in der Praxis umsetzbar sind. © BASE Uran Uran wird aus der Erde geschürft und zu Brennstoff verarbeitet. Der Großteil des Urans, nämlich gut 94%, wird während des Einsatzes im Atomkraftwerk jedoch nicht gespalten, sondern als Teil des hochradioaktiven Abfalls entsorgt. Das im Kraftwerk eingesetzte Uran selbst strahlt nur sehr schwach und ist wenig mobil im Erdreich. Einige P&T -Konzepte sehen daher vor, es nicht umzuwandeln. Stattdessen würde es vom Rest des Abfalls abgetrennt und direkt einem Endlager zugeführt. Transurane Transurane sind Stoffe, die entstehen, wenn Uran Neutronen einfängt statt durch diese gespalten zu werden. Dadurch bilden sich Elemente mit einer höheren Ordnungszahl - also mit mehr Protonen - als Uran. Relevant sind dabei insbesondere die Elemente Neptunium, Plutonium , Americium und Curium. Transurane machen etwa 1,5 % des deutschen hochradioaktiven Abfalls (in Form von Brennelementen ) aus. Sie tragen zu einer hohen Strahlung und großen Wärmefreisetzung der bestrahlten Brennelemente bei. Spaltprodukte Spaltprodukte entstehen, wenn Uran oder Transurane gespalten werden. Spaltprodukte machen etwa 4 % des hochradioaktiven Abfalls (in Form von Brennelementen ) aus. Sie tragen in den ersten Jahrzehnten am meisten zur Strahlung sowie zur Wärmefreisetzung der verbrauchten Brennelemente bei. Spaltprodukte sind oft gut wasserlöslich und somit sehr mobil im Erdreich. Forschungsvorhaben des BASE Sicherheitstechnische Analyse und Risikobewertung von Konzepten zu Partitionierungs- und Transmutationsanlagen für hochradioaktive Abfälle (P&T) Verfolgung und Aufbereitung des Standes von Wissenschaft und Technik bei alternativen Entsorgungsoptionen für hochradioaktive Abfälle (altEr) Kurzinformationen zu Partitionierung und Transformation Partitionierung und Transmutation (P&T) Herunterladen (PDF, 73KB, barrierefrei⁄barrierearm)
Gutachten zu Partitionierung und Transmutation Konzepte zu Partitionierung und Transmutation werden international diskutiert und erforscht. Mithilfe von Transmutation soll hochradioaktiver Atommüll so aufbereitet werden, dass die Strahlung schneller abnimmt. Doch bislang ist das nur Theorie. Das BASE hat ein Gutachten in Auftrag gegeben, um zu prüfen, ob diese Konzepte in der Praxis umsetzbar sind. Mithilfe von Transmutation soll hochradioaktiver Atommüll so aufbereitet werden, dass die Strahlung schneller abnimmt. Doch bislang ist das nur Theorie. Bei intensiver Forschung würden mehrere Jahrzehnte vergehen, bis die Technologie einsatzbereit wäre. Ein Endlager für hochradioaktive Abfälle wäre trotzdem erforderlich, da nur ein Teil des hochradioaktiven Atommülls umwandelbar ist. Die tiefengeologische Entsorgung ist absehbar die bessere Alternative: Zu diesem Schluss kommt ein aktuelles Gutachten , dass das BASE in Auftrag gegeben hat. Das BASE hat ein Gutachten in Auftrag gegeben, um zu prüfen, ob Konzepte der Transmutation in der Praxis umsetzbar sind. Dies sind die zusammengefassten Ergebnisse: Konzepte zu Partitionierung und Transmutation werden international diskutiert und teilweise erforscht. In der Theorie sind einige dieser Technologien in der Lage, bestimmte Radionuklide umzuwandeln und die Strahlungsintensität von Atommüll zu verringern. Für die Umwandlung von langlebigen in kurzlebige Atomkerne ist die Entwicklung neuer Reaktoren und Wiederaufarbeitungsanlagen notwendig. Bislang gibt es hierfür nur Konzeptideen. Es würden voraussichtlich mehrere Jahrzehnte Entwicklungsarbeit notwendig sein, bis die erforderlichen Technologien zur Verfügung stehen. Für den Fall einer erfolgreichen Entwicklung, würden weitere Jahrzehnte zur Umsetzung des Programms folgen. Partitionierung und Transmutation erfordern viele kerntechnische Anlagen, die langfristig betrieben werden. Der Wiedereinstieg in ein großangelegtes kerntechnisches Programm wäre nötig. Transmutation kann ein Endlager für hochradioaktive Abfälle nicht ersetzen. Nicht alle hochradioktiven Abfallstoffe werden voraussichtlich umwandelbar sein, außerdem entstehen während des P&T-Verfahrens wieder neue Abfälle. Der Zeitpunkt, an dem ein Endlager fertig beladen ist, würde damit erheblich in die Zukunft verschoben. Die heutigen Probleme würden somit zukünftigen Generationen aufgebürdet. Aus abgetrennten Stoffe wie Plutonium können Atomwaffen hergestellt werden. Es besteht das Risiko, dass diese entwendet und für nicht-friedliche Zwecke benutzt werden. Bezogen auf die in Deutschland vorhandenen hochradioaktiven Abfälle, hat eine Modellrechnung im Gutachten folgendes ergeben: Es wird in jedem Fall ein Endlager für hochradioaktive Abfälle benötigt. Nicht transmutierbar sind: Verglaste Abfälle, Abfälle aus Forschungsreaktoren sowie Uran und Spaltprodukte, die sich in den verbleibenden Brennelementen befinden. Selbst im besten Fall würden von den verbleibenden 150 Tonnen Transuranen nach 300 Jahren noch etwa 30 Tonnen Transurane übrig bleiben. Bei der Kernspaltung der Transurane werden neue Spaltprodukte erzeugt. Einige dieser entstehenden Spaltprodukte haben extrem hohe Halbwertszeiten (Jod-129: 15,7 Millionen Jahre und Cäsium-135: 2,3 Millionen Jahre) und sind für die Langzeitsicherheit des Endlagers von großer Bedeutung. Durch den Betrieb, die Stilllegung und den Rückbau der erforderlichen Kern-Reaktoren, Wiederaufarbeitungsanlagen und ggf. Brennelementefabriken würden erhebliche Mengen an zusätzlichen schwach- und mittelradioaktiven Abfällen entstehen. Diese können durchaus in der gleichen Größenordnung wie die für das Endlager Schacht Konrad vorgesehenen Mengen zur Einlagerung (303.000 Kubikmeter) liegen. Das Gutachten kam zu dem Ergebnis, dass durch Partitionierung und Transmutation für die beiden im Standortauswahlgesetz genannten Ziele – Gewährleistung eines bestmöglichen Schutz von Mensch und Umwelt vor der Wirkung ionisierender Strahlung sowie das Vermeiden von unzumutbaren Lasten für zukünftige Generationen – negativ zu bewerten sind. Fragen und Antworten zum Verfahren "Partitionierung und Transmutation" Kann durch Partitionierung und Transmutation die erforderliche Endlagergröße reduziert werden? Partitionierung und Transmutation sind im hier angesprochenen Maße bislang nicht einsatzfähig. Es ist unklar, ob dies in Zukunft der Fall sein wird. Die nachfolgenden Darstellungen konzentrieren sich daher auf die grundsätzlich denkbaren Auswirkungen auf die Endlagerung , die theoretisch mit der Partitionierung und Transmutation verbunden sein können. Die erforderliche Größe des Endlagers wird in erster Linie nicht durch das Gesamtvolumen der Abfallstoffe bestimmt, sondern durch das Endlagerkonzept und die Wärmeentwicklung der Abfälle zum Zeitpunkt der Einlagerung. Vor diesem Hintergrund führt die Anwendung von Partitionierung und Transmutation nicht automatisch zu einer Verringerung der Endlagergröße. Partitionierung und Transmutation könnte zu größerem Endlager führen Unter Umständen könnte die Anwendung von Partitionierung und Transmutation sogar dazu führen, dass das Endlager noch vergrößert werden müsste. Der Grund ist, dass das theoretische Verfahren zumeist darauf abzielt, langlebige Atomkerne in schnell zerfallende Spaltprodukte zu überführen. Ein schnellerer Zerfall geht allerdings mit einer höheren Wärmefreisetzung einher. Da die Wirtsgesteine und die Verfüll- und Versiegelungsmaterialien jeweils nur über eine begrenzte Wärmeverträglichkeit verfügen, könnte das dazu führen, dass das Endlager vergrößert werden müsste, um eine Schädigung des Wirtsgesteins zu verhindern. Neue schwach- und mittelradioaktive Abfälle würden entstehen Weiterhin würden bei der Durchführung von Partitionierung und Transmutation zusätzliche schwach- und mittelradioaktive Abfälle aufgrund von Kontaminationen und Aktivierungen erzeugt. Diese müssten zusätzlich in einem entsprechenden Endlager entsorgt werden, dessen Abfallmengen dadurch erhöht würden. Alternativ dazu könnten die durch Transmutation erzeugten Spaltprodukte zwischengelagert werden, voraussichtlich mehrere hundert Jahre, bis sie in das Endlager verbracht werden oder gar aus der atomrechtlichen Aufsicht entlassen werden können. In diesem Szenario könnten Partitionierung und Transmutation zu einer Reduktion der erforderlichen Endlagergröße beitragen, zum Preis zusätzlicher langfristiger Zwischenlagerung , die über Generationen hinweg gesichert werden müsste. Zwischenlager sind keine Dauerlösung Allerdings können solche Lager nur eine Zwischenlösung sein, denn Mauern, Sicherheitskräfte und Stacheldraht gewährleisten auf lange Sicht nicht den Schutz, den ein Endlager in stabilen Gesteinsschichten tief unter der Erde bietet. Zudem kann niemand voraussagen, ob künftige Generationen in ähnlich stabilen gesellschaftlichen Verhältnissen leben werden, um eine sicher langfristige Zwischenlagerung der Abfälle gewährleisten zu können bzw. über die finanziellen Mittel verfügen, die Abfälle sicher zu entsorgen. Warum wird Partitionierung und Transmutation in Deutschland nicht aktiv gefördert? Die Frage, ob ein großtechnischer Einsatz von Partitionierung und Transmutation zukünftig möglich wäre, ist derzeit offen. Die Beantwortung der Frage würde jahrzehntelange Forschungs- und Entwicklungsarbeit voraussetzen und wäre mit hohen Kosten verbunden. Gleichbedeutend mit einem Wiedereinstieg in die Nuklearindustrie Die aktive Förderung und Technologieentwicklung in diesem Bereich mit dem Ziel der Anwendung von Partitionierung und Transmutation auf die radioaktiven Abfälle in Deutschland würde vor diesem Hintergrund eine Verschiebung der Verantwortlichkeit bedeuten: Ein jahrzehntelanger aktiver Umgang mit hochradioaktiven Stoffen steht dem im Standortauswahlgesetz formuliertem Anspruch entgegen, die Lasten und Verpflichtungen für zukünftige Generationen so gering wie möglich zu halten. Der spätere hypothetische Einsatz von Partitionierung und Transmutation würde zudem den Betrieb großer kerntechnischer Anlagen und Reaktoren nötig machen und wäre mit einem Wiedereinstieg in die Nuklearindustrie verbunden – mit den damit verbundenen radioaktiven Emissionen, Strahlenbelastungen und Störfallrisiken. Ein Betrieb solcher Anlagen wäre mit dem gesetzlichen Ausstiegbeschluss nicht vereinbar. BASE beobachtet die internationale Forschung Dennoch beobachtet das BASE entsprechend seinem gesetzlichen Auftrag die Entwicklung potentieller alternativer Entsorgungsmöglichkeiten sowie die internationale Forschung zu derartigen Konzepten. Hierzu gehört auch die Partitionierung und Transmutation . Falls sich hieraus neue Erkenntnisse für eine sichere Entsorgung radioaktiver Abfälle ergeben, die signifikante Vorteile gegenüber der tiefengeologischen Endlagerung aufzeigen, wären die vorgesehenen Entsorgungspfade neu zu bewerten. . Kann Partitionierung und Transmutation ein Endlager für hochradioaktive Abfälle überflüssig machen? Um ein Endlager für hochradioaktive Abfälle überflüssig zu machen, wäre es notwendig, alle in den Rückständen befindlichen langlebigen Atomkerne (dies sind z.B. Plutonium -239 und Neptunium-237) in kurzlebige oder stabile Atomkerne umzuwandeln bzw. zu transmutieren. Ein solches Verfahren gibt es derzeit nicht. Selbst wenn ein solches Verfahren entwickelt werden würde, ist gegenwärtig nicht absehbar, bis zu welchem Grad die Transmutation mit einem vertretbaren Aufwand durchgeführt werden könnte. Der Grund ist, dass sich nicht alle langlebigen Atomkerne auf einmal umwandeln lassen: Aus den hochradioaktiven Abfällen müssten zunächst frische Brennelemente gefertigt werden. Die frischen Brennelemente würden in sogenannten Transmutationsreaktoren eingesetzt und dort bestrahlt. Transmutation würde rund 150 Jahre dauern Bei diesem Vorgang würde allerdings nur ein Teil der langlebigen Atomkerne umgewandelt. Das bedeutet, aus den anfallenden Abfallstoffen müssten anschließend wieder langlebige Atomkerne herausgetrennt (Partitionierung), zu frischen Brennelementen verarbeitet und in Transmutationsreaktoren erneut bestrahlt werden. Dieser Vorgang müsste viele Male wiederholt werden und schließt jeweils auch eine Zwischenlagerung der Abfälle ein. Bei der Analyse der Entsorgungsoption Transmutation hatte die „Kommission zur Lagerung der hochradioaktiven Abfälle“ geschätzt, dass eine Reihe von Transmutationsreaktoren über einen Zeitraum von rund 150 Jahren betrieben werden müssten. Große Mengen schwach- und mittelradioaktive Abfälle entstehen Doch auch dieser Prozess führt voraussichtlich nicht zu einer vollständigen Umwandlung der langlebigen Atomkerne. Es müssten weiterhin eine verbleibende Menge hochradioaktiver Abfälle sowie große Mengen von durch Partitionierung und Transmutation zusätzlich erzeugten schwach- und mittelradioaktive Abfälle entsorgt werden. Zudem beinhalten die hochradioaktiven Abfälle sogenannte Spaltprodukte . Diese sind teilweise hochradioaktiv und zum Teil sehr langlebig ( z.B. Selen-79, Zirconium-93, Technetium-99, Palladium-107, Iod-129 und Cäsium-135). Bislang existiert auch für diese Spaltprodukte kein industriereifes Verfahren, um die Atomkerne umzuwandeln, d.h. diese Rückstände müssten ebenfalls in einem Endlager entsorgt werden. Keine Behandlung von verglasten Abfällen möglich Hinzu kommt, dass ein Teil der in Deutschland produzierten atomaren Abfälle nicht mehr in Form der ursprünglich verwendeten Brennelemente vorliegt, sondern im Zuge der Brennstoff-Wiederaufbereitung mit Glas verschmolzen werde ( sog. Verglasung). Die Verglasung dieser Abfälle würde ein erhebliches Hindernis für die Aufbereitung und Brennstoffherstellung bedeuten, die für eine Transmutation Voraussetzung ist. Nach der heutigen Kenntnislage ist die Transmutation für eine weitere Behandlung dieser Abfälle kein geeignetes Verfahren. Der für Partitionierung und Transmutation notwendige Transport von nuklearen Abfällen und die kontinuierliche Verarbeitung der Abfälle, gehen zudem mit zusätzlichen Risiken für Mensch und Umwelt einher. Es ist derzeit nicht erkennbar, dass in absehbarer Zeit ein Verfahren zur Partitionierung und Transmutation zur Verfügung stehen wird, das ein Endlager überflüssig macht. Einzige Lösung: tiefengeologische Lagerung Nach der Abwägung von Chancen und Risiken haben Endlagerkommission und Gesetzgeber die Entscheidung getroffen, dass die Strategie zur Partitionierung und Transmutation in Deutschland nicht aktiv verfolgt wird. Stattdessen werden alle radioaktiven Abfälle tiefengeologisch gelagert. Das gegenwärtige Endlagerkonzept sieht vor, dass die hochradioaktiven Abfälle bis zum Verschluss des Endlagers zurückgeholt werden können. Darüber hinaus sollen die Rückstände noch 500 Jahre nach Verschluss des Endlagers lang geborgen werden können. Dies gibt den folgenden Generationen die Möglichkeit, auf künftige technische Entwicklungen reagieren zu können. Fragen und Antworten zum Verfahren "Partitionierung und Transmutation" Kann durch Partitionierung und Transmutation die erforderliche Endlagergröße reduziert werden? Partitionierung und Transmutation sind im hier angesprochenen Maße bislang nicht einsatzfähig. Es ist unklar, ob dies in Zukunft der Fall sein wird. Die nachfolgenden Darstellungen konzentrieren sich daher auf die grundsätzlich denkbaren Auswirkungen auf die Endlagerung , die theoretisch mit der Partitionierung und Transmutation verbunden sein können. Die erforderliche Größe des Endlagers wird in erster Linie nicht durch das Gesamtvolumen der Abfallstoffe bestimmt, sondern durch das Endlagerkonzept und die Wärmeentwicklung der Abfälle zum Zeitpunkt der Einlagerung. Vor diesem Hintergrund führt die Anwendung von Partitionierung und Transmutation nicht automatisch zu einer Verringerung der Endlagergröße. Partitionierung und Transmutation könnte zu größerem Endlager führen Unter Umständen könnte die Anwendung von Partitionierung und Transmutation sogar dazu führen, dass das Endlager noch vergrößert werden müsste. Der Grund ist, dass das theoretische Verfahren zumeist darauf abzielt, langlebige Atomkerne in schnell zerfallende Spaltprodukte zu überführen. Ein schnellerer Zerfall geht allerdings mit einer höheren Wärmefreisetzung einher. Da die Wirtsgesteine und die Verfüll- und Versiegelungsmaterialien jeweils nur über eine begrenzte Wärmeverträglichkeit verfügen, könnte das dazu führen, dass das Endlager vergrößert werden müsste, um eine Schädigung des Wirtsgesteins zu verhindern. Neue schwach- und mittelradioaktive Abfälle würden entstehen Weiterhin würden bei der Durchführung von Partitionierung und Transmutation zusätzliche schwach- und mittelradioaktive Abfälle aufgrund von Kontaminationen und Aktivierungen erzeugt. Diese müssten zusätzlich in einem entsprechenden Endlager entsorgt werden, dessen Abfallmengen dadurch erhöht würden. Alternativ dazu könnten die durch Transmutation erzeugten Spaltprodukte zwischengelagert werden, voraussichtlich mehrere hundert Jahre, bis sie in das Endlager verbracht werden oder gar aus der atomrechtlichen Aufsicht entlassen werden können. In diesem Szenario könnten Partitionierung und Transmutation zu einer Reduktion der erforderlichen Endlagergröße beitragen, zum Preis zusätzlicher langfristiger Zwischenlagerung , die über Generationen hinweg gesichert werden müsste. Zwischenlager sind keine Dauerlösung Allerdings können solche Lager nur eine Zwischenlösung sein, denn Mauern, Sicherheitskräfte und Stacheldraht gewährleisten auf lange Sicht nicht den Schutz, den ein Endlager in stabilen Gesteinsschichten tief unter der Erde bietet. Zudem kann niemand voraussagen, ob künftige Generationen in ähnlich stabilen gesellschaftlichen Verhältnissen leben werden, um eine sicher langfristige Zwischenlagerung der Abfälle gewährleisten zu können bzw. über die finanziellen Mittel verfügen, die Abfälle sicher zu entsorgen. Warum wird Partitionierung und Transmutation in Deutschland nicht aktiv gefördert? Die Frage, ob ein großtechnischer Einsatz von Partitionierung und Transmutation zukünftig möglich wäre, ist derzeit offen. Die Beantwortung der Frage würde jahrzehntelange Forschungs- und Entwicklungsarbeit voraussetzen und wäre mit hohen Kosten verbunden. Gleichbedeutend mit einem Wiedereinstieg in die Nuklearindustrie Die aktive Förderung und Technologieentwicklung in diesem Bereich mit dem Ziel der Anwendung von Partitionierung und Transmutation auf die radioaktiven Abfälle in Deutschland würde vor diesem Hintergrund eine Verschiebung der Verantwortlichkeit bedeuten: Ein jahrzehntelanger aktiver Umgang mit hochradioaktiven Stoffen steht dem im Standortauswahlgesetz formuliertem Anspruch entgegen, die Lasten und Verpflichtungen für zukünftige Generationen so gering wie möglich zu halten. Der spätere hypothetische Einsatz von Partitionierung und Transmutation würde zudem den Betrieb großer kerntechnischer Anlagen und Reaktoren nötig machen und wäre mit einem Wiedereinstieg in die Nuklearindustrie verbunden – mit den damit verbundenen radioaktiven Emissionen, Strahlenbelastungen und Störfallrisiken. Ein Betrieb solcher Anlagen wäre mit dem gesetzlichen Ausstiegbeschluss nicht vereinbar. BASE beobachtet die internationale Forschung Dennoch beobachtet das BASE entsprechend seinem gesetzlichen Auftrag die Entwicklung potentieller alternativer Entsorgungsmöglichkeiten sowie die internationale Forschung zu derartigen Konzepten. Hierzu gehört auch die Partitionierung und Transmutation . Falls sich hieraus neue Erkenntnisse für eine sichere Entsorgung radioaktiver Abfälle ergeben, die signifikante Vorteile gegenüber der tiefengeologischen Endlagerung aufzeigen, wären die vorgesehenen Entsorgungspfade neu zu bewerten. . Kann Partitionierung und Transmutation ein Endlager für hochradioaktive Abfälle überflüssig machen? Um ein Endlager für hochradioaktive Abfälle überflüssig zu machen, wäre es notwendig, alle in den Rückständen befindlichen langlebigen Atomkerne (dies sind z.B. Plutonium -239 und Neptunium-237) in kurzlebige oder stabile Atomkerne umzuwandeln bzw. zu transmutieren. Ein solches Verfahren gibt es derzeit nicht. Selbst wenn ein solches Verfahren entwickelt werden würde, ist gegenwärtig nicht absehbar, bis zu welchem Grad die Transmutation mit einem vertretbaren Aufwand durchgeführt werden könnte. Der Grund ist, dass sich nicht alle langlebigen Atomkerne auf einmal umwandeln lassen: Aus den hochradioaktiven Abfällen müssten zunächst frische Brennelemente gefertigt werden. Die frischen Brennelemente würden in sogenannten Transmutationsreaktoren eingesetzt und dort bestrahlt. Transmutation würde rund 150 Jahre dauern Bei diesem Vorgang würde allerdings nur ein Teil der langlebigen Atomkerne umgewandelt. Das bedeutet, aus den anfallenden Abfallstoffen müssten anschließend wieder langlebige Atomkerne herausgetrennt (Partitionierung), zu frischen Brennelementen verarbeitet und in Transmutationsreaktoren erneut bestrahlt werden. Dieser Vorgang müsste viele Male wiederholt werden und schließt jeweils auch eine Zwischenlagerung der Abfälle ein. Bei der Analyse der Entsorgungsoption Transmutation hatte die „Kommission zur Lagerung der hochradioaktiven Abfälle“ geschätzt, dass eine Reihe von Transmutationsreaktoren über einen Zeitraum von rund 150 Jahren betrieben werden müssten. Große Mengen schwach- und mittelradioaktive Abfälle entstehen Doch auch dieser Prozess führt voraussichtlich nicht zu einer vollständigen Umwandlung der langlebigen Atomkerne. Es müssten weiterhin eine verbleibende Menge hochradioaktiver Abfälle sowie große Mengen von durch Partitionierung und Transmutation zusätzlich erzeugten schwach- und mittelradioaktive Abfälle entsorgt werden. Zudem beinhalten die hochradioaktiven Abfälle sogenannte Spaltprodukte . Diese sind teilweise hochradioaktiv und zum Teil sehr langlebig ( z.B. Selen-79, Zirconium-93, Technetium-99, Palladium-107, Iod-129 und Cäsium-135). Bislang existiert auch für diese Spaltprodukte kein industriereifes Verfahren, um die Atomkerne umzuwandeln, d.h. diese Rückstände müssten ebenfalls in einem Endlager entsorgt werden. Keine Behandlung von verglasten Abfällen möglich Hinzu kommt, dass ein Teil der in Deutschland produzierten atomaren Abfälle nicht mehr in Form der ursprünglich verwendeten Brennelemente vorliegt, sondern im Zuge der Brennstoff-Wiederaufbereitung mit Glas verschmolzen werde ( sog. Verglasung). Die Verglasung dieser Abfälle würde ein erhebliches Hindernis für die Aufbereitung und Brennstoffherstellung bedeuten, die für eine Transmutation Voraussetzung ist. Nach der heutigen Kenntnislage ist die Transmutation für eine weitere Behandlung dieser Abfälle kein geeignetes Verfahren. Der für Partitionierung und Transmutation notwendige Transport von nuklearen Abfällen und die kontinuierliche Verarbeitung der Abfälle, gehen zudem mit zusätzlichen Risiken für Mensch und Umwelt einher. Es ist derzeit nicht erkennbar, dass in absehbarer Zeit ein Verfahren zur Partitionierung und Transmutation zur Verfügung stehen wird, das ein Endlager überflüssig macht. Einzige Lösung: tiefengeologische Lagerung Nach der Abwägung von Chancen und Risiken haben Endlagerkommission und Gesetzgeber die Entscheidung getroffen, dass die Strategie zur Partitionierung und Transmutation in Deutschland nicht aktiv verfolgt wird. Stattdessen werden alle radioaktiven Abfälle tiefengeologisch gelagert. Das gegenwärtige Endlagerkonzept sieht vor, dass die hochradioaktiven Abfälle bis zum Verschluss des Endlagers zurückgeholt werden können. Darüber hinaus sollen die Rückstände noch 500 Jahre nach Verschluss des Endlagers lang geborgen werden können. Dies gibt den folgenden Generationen die Möglichkeit, auf künftige technische Entwicklungen reagieren zu können. Gutachten zum Download Sicherheitstechnische Analyse und Risikobewertung von Konzepten zu Partitionierungs- und Transmutationsanlagen für hochradioaktive Abfälle Herunterladen (PDF, 3MB, barrierefrei⁄barrierearm) Mehr zum Thema Transmutation hochradioaktiver Abfälle
Unter dem Titel „Radioaktivität unter Kontrolle“ präsentierte die LUBW am 18. August 2015 beim Wissenschaftsdienstag im Pavillon ihre Messnetze zur Überwachung der Radioaktivität in der Umwelt und rund um kerntechnische Anlagen. Die Ausführungen wurden ergänzt durch das ITU (Institut für Transurane im Joint Research Centre der Europäischen Kommission), das die forensische Untersuchung von illegalem Nuklearmaterial, beispielsweise aus „Atomschmuggel“ demonstrierte. Mit vielen anschaulichen Beispielen erläuterten zunächst die Vortragenden der LUBW in einem munteren Dialog die wichtigsten Grundbegriffe. Die zahlreichen Besucher dieser Abendveranstaltung konnten damit die anschließenden Ausführungen zu Art und Umfang der Radioaktivitäts-Untersuchungen und online-Messungen wie die Kernreaktor-Fernüberwachung (KFÜ) besser verstehen. Das ITU hat sich auf Kernbrennstoffe spezialisiert und stellte dar, dass deren Herkunft und Verwendung anhand winzigster Spuren und minimaler Unterschiede ermittelt werden kann. Die an vielen Einrichtungen in und um Karlsruhe vorhandene Expertise spiegelte sich im Publikum wider, das ebenso aus interessierten Laien wie aus neugierigen Fachleuten bestand. Ob eher die skeptischen oder die wohlwollend-neugierigen Fragen überwogen? An den Infoständen wurden auf jeden Fall noch bis in die Nacht hinein interessierte Fragen beantwortet, obwohl eine wunderbare Illuminationsshow den Besuchern im Schlosspark eine sehenswerte Ablenkung bot. Dr. Verena Hack und Dr. Stefan Benz informieren beim Wissenschaftsdienstag im Pavillon im Karlsruher Schlosspark über das Thema Strahlenschutz (Bildautor: Stefan Hilger).
Mit dem Verfahren der Transmutation sollen Menge und Halbwertszeit der hochradioaktiven Abfälle deutlich verringert werden. Doch kann die Technologie das tatsächlich leisten? Stellt sie wirklich, wie zum Teil behauptet wird, eine Alternative zur Endlagerung in Gesteinsschichten unter der Erdoberfläche dar? Was ist Transmutation? Transmutation bedeutet im Zusammenhang mit den hochradioaktiven Abfällen , dass langlebige radioaktive Atomkerne ( Radionuklide ) in kurzlebigere umgewandelt werden. Sollte dies tatsächlich eines Tages technisch möglich sein, würden die hochradioaktiven Stoffe nicht mehr für hunderttausende Jahre Menschen und Umwelt gefährden, sondern für einen deutlich kürzeren Zeitraum. Die Menge der zu entsorgenden hochradioaktiven Abfälle würde sich verringern, allerdings würde sich im Gegenzug das Volumen der schwach- und mittelradioaktiven Abfälle vergrößern. Wie funktioniert Transmutation? Das technische Verfahren nennt sich P&T (Partitionierung und Transmutation) und besteht aus drei Schritten: Abtrennung, Brennstofffertigung und Umwandlung. Bei der Abtrennung werden zunächst aus den abgebrannten Brennelementen bestimmte langlebige radioaktive Atomkerne (Transurane) herausgelöst. Dies geschieht in Wiederaufarbeitungsanlagen. Anschließend werden die abgetrennten Atomkerne zu neuen Brennelementen verarbeitet und in speziellen Reaktoren mit Neutronen beschossen. Der Großteil der langlebigen Atomkerne wird aufgespalten und in kurzlebigere Atomkerne umgewandelt. Das P&T-Verfahren muss allerdings viele Male wiederholt werden, da bei jedem Durchgang nur ein Teil der Transurane umgewandelt werden kann. Was sind die Vor- und Nachteile von P&T? Der erste Schritt des P&T-Verfahrens, die Abtrennung der Atomkerne, wird bereits in der Wiederaufarbeitung genutzt, allerdings nur für Uran und Plutonium . Um auch die übrigen Transurane abtrennen zu können, bedarf es erheblicher technischer Weiterentwicklungen. Bislang gelang dies nur im Labor. Auch der zweite Schritt, die Brennstofffertigung, befindet sich noch in einem relativ frühen Entwicklungsstadium. Gleiches gilt für den letzten Schritt, die Umwandlung der Atomkerne. Bislang existiert keine industriereife Transmutationsanlage. Angesichts dieser Tatsachen ist unklar, ob die P&T-Technologie überhaupt großtechnisch einsetzbar sein wird. Die Endlagerkommission, die zum Thema P&T zwei Gutachten in Auftrag gab, kam zu dem Schluss, dass es mindestens vier bis fünf Jahrzehnte dauern wird, ggf. auch länger, bis P&T industriell einsetzbar wäre. Aber die alleinige Verfolgung einer Technologie, bei der unklar ist ob und wann sie einsetzbar wäre, ist mit dem Verantwortungsprinzip nicht vereinbar. Auch für die zukünftigen Generationen ist es wichtig, so bald wie möglich eine sichere Lösung für die hochgefährlichen Stoffe zu finden. Auch P&T produziert weiterhin radioaktive Abfälle: Nicht alle Transurane werden bei dem Verfahren umgewandelt. Hinzu kommen die sogenannten Spaltprodukte , die neben den Transuranen bei der Kernspaltung entstehen. Zudem müssen die Abfälle aus der Wiederaufarbeitung endgelagert werden, da sie nicht transmutiert werden können. Sollte das P&T-Verfahren eines Tages großtechnisch einsetzbar sein, müssten zwar weniger langlebige Atomkerne eingelagert werden. Die Menge an schwach- und mittelradioaktiven Abfällen würde sich allerdings erheblich erhöhen. Für das P&T-Verfahren müssten außerdem Reaktoren gebaut werden, in denen die Transurane umgewandelt werden. Etwa fünf bis sieben derartige Anlagen müssten schätzungsweise zwischen 150 und 300 Jahren laufen, um den gesamten deutschen Abfall zu transmutieren. Zeiträume unter 100 Jahren ließen sich nur mit deutlich mehr Reaktoren oder höheren Reaktorleistungen erreichen. Das P&T-Verfahren würde somit den Aufbau einer umfangreichen kerntechnischen Industrie notwendig machen. Dies ist durch die derzeitige Gesetzeslage in Deutschland nicht gedeckt. Der Grund: Nach dem Reaktorunglück von Tschernobyl und dem Atomunfall in Fukushima gibt es hierzulande einen breiten gesellschaftlichen Konsens darüber, dass künftig keine Kernkraftwerke und Wiederaufarbeitungsanlagen mehr betrieben werden sollen. Transmutation – Wohin mit dem ganzen Müll? Weltweit forschen Wissenschaftler seit Jahrzehnten an verschiedenen Möglichkeiten, hochradioaktive Abfälle zu entsorgen. Eine Variante, die es bisher nur in der Theorie gibt, ist die Transmutation. Mit diesem Verfahren sollen Menge und Halbwertszeit der Abfälle deutlich verringert werden. Wie funktioniert diese Technologie? Und stellt sie eine Alternative zur Endlagerung in tiefen geologischen Gesteinsschichten dar? Transmutation – Wohin mit dem ganzen Müll? Die Zukunft Für den Fall, dass P&T in den kommenden Jahrzehnten oder Jahrhunderten tatsächlich bis zur industriellen Reife weiterentwickelt wird und sich die Menge der hochradioaktiven Abfälle verringern ließe, sieht das Standortauswahlgesetz Korrekturmöglichkeiten vor. Die hochradioaktiven Abfälle sollen demnach bis zum Verschluss des Endlagers zurückgeholt werden können. Zudem sollen die Behälter mit den hochradioaktiven Rückstanden nach Verschluss noch fünfhundert Jahre lang geborgen werden können. Weitere Informationen zum Thema Transmutation hochradioaktiver Abfälle
Faktencheck zu aktuellen Atomprojekten in den USA und Frankreich Bisweilen werden Behauptungen in Bezug auf die Möglichkeiten der Wiederverwendung von hochradioaktiven Abfällen in den USA oder dem Fortschritt bei der Entwicklung neuer, kleiner Reaktoren ( SMR ) in Frankreich aufgestellt. In diesem kleinen Faktencheck wird den Behauptungen nachgegangen, auf den aktuellen Stand verwiesen und eine Einordnung vollzogen. © BASE Bisweilen werden Behauptungen in Bezug auf die Entwicklung und den Bau neuer, kleiner Reaktoren ( SMR ) oder auf Reaktoren, die angeblich radioaktive Abfälle verarbeiten könnten, aufgestellt. Letzteres wird zudem teilweise als Argument verwendet, dass es eigentlich keiner Endlager für die radioaktiven Abfälle mehr bedürfe, wenn sie in solchen Reaktoren verwendet werden könnten. Als Beispiele für Entwicklungen werden insbesondere Frankreich und die USA herangezogen als Länder mit einer besonders großen Tradition im nuklearen Bereich. In diesem Faktencheck wird den Behauptungen nachgegangen, auf den aktuellen Stand verwiesen und eine Einordnung vollzogen. Behauptung: Die USA bauen Reaktoren, die ein Endlager überflüssig machen Diese Darstellung ist falsch. Die USA verfolgen gemäß des US Departement of Energy ( DOE ) die Entsorgung radioaktiver Abfälle durch Endlagerung in geologischen Formationen. Ebenso wie Deutschland forschen die USA an drei Wirtsgesteinstypen. Das Ziel, hochradioaktive Abfälle für lange Zeiten in tiefen geologischen Formationen zu lagern, ist darüber hinaus internationaler Konsens. Die USA bauen keine Reaktoren, die ein Endlager überflüssig machen würden. Derzeit wird in den USA ein konventioneller Leichtwasserreaktor gebaut, der hochradioaktive Abfälle in gleicher Größenordnung produzieren wird wie die meisten Kernkraftwerke auf der Welt. Darüber hinaus gibt es lediglich seit Jahrzehnten andauernde Forschungs- und Entwicklungsprojekte für alternative Reaktorkonzepte, die bis heute weder zu einem Bau von Prototypen noch zu einem regulären Betrieb geführt haben. Es ist auch nicht erkennbar, dass diese Reaktorkonzepte gezielt auf die Behandlung von hochradioaktiven Abfällen der bisherigen Kernenergienutzung ausgelegt sind. Hintergrund zur sogenannten Transmutation von hochradioaktiven Abfällen Langlebige Bestandteile wie Uran und Plutonium werden abgetrennt und in kurzlebige Bestandteile umgewandelt, dabei entsteht auch Energie. © BASE Hochradioaktive Abfälle aus dem Betrieb von Kernreaktoren bestehen aus drei Gruppen von Stoffen: Spaltprodukte : Entstehen durch Kernspaltung Uran : Uran aus dem Kernreaktor, das nicht verbraucht wurde. Hauptsächlich Uran -238. Transurane: Stoffe die durch den Neutroneneinfang aus Uran entstanden sind. Aktuell verfolgte Forschungskonzepte zur Transmutation beschäftigen sich mit der Frage, inwiefern Transurane in Reaktoren gespalten werden könnten. Hierbei würden aber neue Spaltprodukte entstehen. Viele Spaltprodukte sind radioaktiv und müssen daher endgelagert werden. Aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften (insbesondere der hohen Mobilität im Erdreich) sind sie von hoher Relevanz für die Sicherheitsanalyse eines Endlagers. Auch wenn ein Reaktor verfügbar wäre, der alle Transurane transmutieren könnte – was heute trotz jahrzehntelanger Forschung nicht absehbar ist – bräuchte es immer noch ein Endlager für die Spaltprodukte . Weitere Informationen können hier abgerufen werden: Transmutation hochradioaktiver Abfälle Spent Fuel and Waste Disposition (Office of Nuclear Energy, USA) Behauptung: Frankreich baut bereits kleine Reaktoren zur Energieversorgung Mit kleinen Reaktoren sind in der Regel sogenannte Small Modular Reactors ( SMR ) gemeint. Ausgearbeitete Pläne für den Bau von SMR gibt es in Frankreich derzeit nicht. In einer Rede im Februar 2022 sprach Frankreichs Präsident Emmanuel Macron von der Möglichkeit, bis zum Jahr 2050 insgesamt 14 zusätzliche konventionelle große Reaktoren zu errichten. Tatsächlich geplant ist davon derzeit der Bau von sechs neuen EPR-2 Reaktoren, die in der Nähe bereits bestehender Kernkraftwerke errichtet werden sollen. Das erste Reaktorpaar bei Penly soll nach Aussage der französischen Regierung 2035 ans Netz gehen. Der Bau von acht weiteren EPR-2 Reaktoren soll auf Wunsch der Regierung geprüft werden. Bei EPR-2 Reaktoren handelt es sich um eine Weiterentwicklung des European Pressurized Reaktor. Detaillierte Designs für diesen Reaktor müssen noch erarbeitet werden. Als Teil der Investment-Strategie „France 2030“ hat die französische Regierung ein Investment in Höhe von 1 Mrd. Euro in SMR -Projekte angekündigt. Ein erster Prototyp wird durch die französische Regierung jedoch nicht vor 2030 erwartet. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass in Frankreich seit 1999 kein neuer Kernreaktor zur Stromerzeugung ans Netz gegangen ist. Der einzige Neubau eines Reaktors, Flamanville-3, hat 2007 begonnen und sollte ursprünglich 2012 abgeschlossen sein. Eine Inbetriebnahme ist aktuell für 2025 vorgesehen. Die Projektkosten haben sich im Laufe der Bauzeit vervielfacht.
Expert opinion on partitioning and transmutation Concepts for partitioning and transmutation are being discussed and researched internationally. With the help of transmutation, highly radioactive nuclear waste is to be processed in such a way that the radiation decreases more quickly. But so far this is only theory. BASE has commissioned an expert report to examine whether these concepts can be implemented in practice. Transmutation technology promises to process high- level radioactive waste in such a way that that the radiation decreases more quickly. However, this is only possible in theory so far. Even with intensive research, it would probably take several decades for the technology to be ready for use. A final repository for high-level radioactive waste would still be necessary, as only a part of the high-level nuclear waste can be converted. For the foreseeable future, deep geological disposal will be the better alternative: such is the conclusion of a recent expert opinion commissioned by BASE . Partitioning and transmutation require many nuclear facilities to be operated on a long-term basis. Re-entry into a large-scale nuclear programme would be necessary. © BASE BASE has commissioned an expert opinion to examine whether concepts of transmutation can be implemented in practice. Below is a summary of the findings: Concepts for partitioning and transmutation are being discussed and partly researched by scientists worldwide. In theory, some of these technologies are capable of transforming certain radionuclides and reducing the radiation intensity of nuclear waste. The conversion of long-lived atomic nuclei into short-lived ones requires the development of new reactors and reprocessing plants. To date, there are only conceptual ideas for this. It would probably take several decades of development before the necessary technologies would be available. In the event of successful development, the implementation of the programme would take several more decades. Partitioning and transmutation would require a large number of nuclear facilities operating on a long-term basis. The relaunch of a large- scale nuclear programme would thus be necessary. Transmutation cannot replace a repository for high-level radioactive waste. It is expected that not all high-level radioactive waste will be transmutable. Furthermore, new waste would be produced during the P&T process. This, in turn, would mean a considerable delay to the schedule for getting a repository ready to be loaded. Today's problems would thus be imposed on future generations. Separated substances such as plutonium can be used to produce nuclear weapons. There is a risk they might be stolen and used for non-peaceful purposes. With regard to the existing high-level radioactive waste in Germany, a model calculation in the expert report concluded as follows A repository for high-level radioactive waste will be needed in any case. Materials that cannot be transmuted include: Vitrified waste, waste from research reactors, and uranium and fission products present in the remaining fuel assemblies. Even in a best-case scenario, about 30 of 150 remaining tonnes of transuranic materials would still be there after 300 years. The nuclear fission of the transuranic elements would produce new fission products. Some of these fission products have extremely long half-lives (iodine-129: 15.7 million years and caesium-135: 2.3 million years) and are of great importance for the long-term safety of the repository . The operation, decommissioning and dismantling of the required nuclear reactors, reprocessing plants and, if necessary, fuel element factories, would generate considerable quantities of additional low- and intermediate-level radioactive waste. These may well be of the same order of magnitude as the quantities planned for emplacement in the Konrad mine repository (303,000 cubic metres). The expert opinion concluded that partitioning and transmutation are to be considered unsuitable with regard to the two objectives stated in the Site Selection Act - ensuring the best possible protection of humans and the environment from the effects of ionising radiation , and avoiding unreasonable burdens for future generations. Expert opinion for download (in German) Sicherheitstechnische Analyse und Risikobewertung von Konzepten zu Partitionierungs- und Transmutationsanlagen für hochradioaktive Abfälle Download (PDF, 3MB, File meet accessibility standards) More on this topic Transmutation of high-level radioactive waste
Alternative reactor concepts A number of reactor concepts are being developed around the world as future alternatives to conventional nuclear power plants. A report commissioned by BASE analyses the development status, safety and regulatory framework of these concepts. Study on alternative reactor concepts BASE has commissioned a research project to analyse current developments in alternative reactor concepts that differ significantly from light water reactors. The term "so-called 'novel' reactor concepts" is used to denote them in this report. Various reactor concepts that are seen as future alternatives to conventional nuclear power plants are currently being developed around the world. They are often summarised under collective terms such as "4th generation reactors", "novel reactor concepts" or "advanced reactors". These alternative reactors are characterised by the fact that they can provide electricity much more cheaply than conventional nuclear power plants, are safer than conventional nuclear power plants, should be able to incubate new nuclear fuel, should be able to recycle radioactive waste, produce less waste, are less suitable for producing fissile material for nuclear weapons. But will the alternative reactor concepts live up to expectations? BASE has commissioned an expert report to investigate this question, and to analyse and evaluate the concepts regarding development status, safety and regulatory framework. You can view an interim report on the expert opinion here. Here you can find the summary of the study results . Historical development Research into a variety of different reactor concepts based on the use of different nuclear fuels, coolants, moderator materials and neutron spectra has been conducted since the 1940s and 1950s. Light water reactors, which include the pressurised and boiling water reactors operated in Germany, were the most successful in industrial terms. Around 90% of the global output of nuclear power plants is currently generated by light water reactors. Development of alternative reactor concepts As light water reactors also have shortcomings in terms of safety, fuel utilisation, efficiency and cost-effectiveness, interest in alternative concepts has been growing again for some time. These are often referred to as novel reactor types, but some of them are based on designs that have been under development for many decades and have not produced any commercially competitive construction lines to date. For this reason, the report commissioned by BASE refers to "so-called 'novel' reactor concepts". The Generation IV International Forum International efforts to develop alternative reactor concepts have been coordinated through the Generation IV International Forum (GIF) since 2001. The aim is to produce operational nuclear reactors of alternative technology lines with improved properties in the near future. Six different technology lines are being pursued: 1. Very High Temperature Reactor (VHTR) 2. Molten Salt Reactor (MSR) 3. Supercritical-water-cooled reactor (SCWR) 4. Gas-cooled fast reactor (GFR) 5. Sodium-cooled fast reactor (SFR) 6. Lead-cooled fast reactor (LFR) Other concepts are currently being developed outside the GIF's area of work, for example 7. Accelerator-driven subcritical reactor (Accelerator-driven Systems, ADS) Alternative technology lines 1) Very High Temperature Reactor (VHTR) While most conventional reactors (including the light water reactors operated in Germany) heat the water used as a cooling medium to temperatures of approx. 300°C, other reactor types operate at significantly higher temperatures. The high-temperature reactor is designed to reach temperatures of 750°C to over 1000°C. Such high temperatures allow for significantly higher efficiencies than other reactor types, i.e. a better yield when converting heat into electricity. Furthermore, the heat can alternatively be utilised for certain industrial processes such as the production of hydrogen. Very High Temperature Reactor © BASE How does the high-temperature reactor work? High-temperature reactor concepts use helium gas as a coolant instead of water. This allows the reactor to operate at lower pressure, making it more controllable at extremely high temperatures compared to conventional light water reactors. Uranium oxide or carbide is predominantly used as fuel. The fuel comes in small pellets that are encased in a protective shell. The pellets, in turn, are embedded in spheres or prismatic blocks of graphite, which serves as a moderator. These spheres or blocks represent the fuel elements. Coolant flows around them and absorbs the heat generated during the nuclear reaction. This heat can be used, for example, to heat water and drive a steam turbine. Advantages and disadvantages of high-temperature reactors? In addition to an increased efficiency and the generation of process heat at high temperatures, high-temperature reactors offer further advantages over conventional reactors. The design of the fuel elements and the helium cooling offer improved safety features. This means that additional safety systems can be used, some of which are not available in water-cooled reactors. Due to its design, the high-temperature reactor has a relatively low output in relation to the total volume of the reactor core. A core meltdown can, therefore, be ruled out. If the plant is suitably designed, natural uranium , thorium, plutonium or mixed oxides can also be used as fuel in addition to enriched uranium . However, the technology also has major disadvantages. The high temperature and the helium coolant pose a challenge in terms of selecting suitable materials. Gas-cooled reactors also often exhibit problems such as uneven cooling, high abrasion and dust formation as well as an increased risk of fire in the event of water or air ingress. This can lead to the release of radioactive substances . Due to the high content of radioactive graphite, the final disposal of spent fuel elements is estimated to be significantly more cost-intensive compared to conventional fuel elements. Development status of high-temperature reactors Gas-cooled high-temperature reactors have been the subject of research since the 1960s. Prototype plants based on this concept (the pebble bed reactors in Jülich and Hamm-Uentrop) were also developed in Germany. At the end of the 1980s, both plants were shut down due to various technical problems, and the technology was gradually abandoned in Germany. Other high-temperature reactor projects have been and continue to be developed in the UK, the USA , Japan and France, among others. A project in South Africa, which was based on AVR Jülich technology, was paused indefinitely due to technical difficulties and a lack of funding in 2010. A high-temperature experimental reactor, the HTR-10, which is also based on the pebble bed design , has been in operation in the People's Republic of China since 2003. Two further high-temperature reactors of the HTR-PM type there reached criticality as demonstration plants in autumn 2021. A similar project in the USA was discontinued before a prototype reactor was even built, but research on the high-temperature reactor concept is ongoing there. A general trend towards moderately high operating temperatures of 700-850°C can be observed in current developments. To date, there is no high-temperature reactor for commercial power generation in operation. 2.) Molten Salt Reactor – (MSR) Fuel in nuclear reactors is usually used in solid form as so-called fuel rods. In molten salt reactors, however, the fuel is molten salt that is pumped through the reactor. Molten Salt Reactor © BASE How does the molten salt reactor work? The fuel is a mix of molten salts (fluorides and chlorides). The concentration of the fissile fuel can be adjusted very accurately via the selection of the salts and their mixing ratio. This allows the production of the exact concentration required to maintain a stable chain reaction. The temperatures in the molten salt are approx. 600-700°C. Controlled nuclear reactions that generate heat take place inside the reactor. This heat can be used to heat water vapour and power a turbine for electricity generation. What are the advantages and disadvantages of molten salt reactors? The safety concept of molten salt reactors is based on basic physico-chemical properties and requires less active safety technology than conventional light water reactors, for example. A central feature of the safety concept is to drain the molten salt into designated containers in the event of malfunctions, thus preventing any further chain reaction. In addition, molten salt reactors can integrate what is known as chemical treatment. The fission products and the composition of the fission products , the fuel and the salt mixture used can be optimised during operation in an additional system in the primary circuit (fuel processing system). In contrast to light water reactors, there is no increased pressure in the primary circuit of a molten salt reactor, which means that some accident scenarios can be ruled out. A major disadvantage of the molten salt reactor is the increased corrosion inside the pipe systems. The hot fuel-salt mix corrodes the metals in the reactor, thus limiting their service life. This problem is also the subject of current research and an important reason why, to date, molten salt reactors only exist as research or pilot plants. Some concepts for molten salt reactors advertise the fact that they can also recycle radioactive waste . The idea is that so-called transuranium elements, which are produced in the reactor during nuclear fission , as well as individual long-lived fission products can be specifically converted, i.e. transmuted. This has not yet been developed to the point where it is ready for use. According to the current state of research , however, it would not be possible to convert all of the radioactive waste . New fission products would also be generated. There would, thus, be no advantage in terms of the final storage strategy pursued in Germany. Depending on the specific design of the molten salt reactor concept, radioactive residues would be produced that differ from those of previous light water reactors. The entire disposal chain would have to be adapted, from the development of suitable conditioning processes and new containers to the requirements for interim and final storage of the radioactive residues. Development status of molten salt reactors Molten salt reactors were last operated in the USA in the 1950s and 1960s in the form of two experimental reactors. Research into the further development of this technology is currently underway in several countries. This research is at very different stages and includes concept studies as well as theoretical and experimental preliminary work. The development of an experimental reactor in China (TMSR-LF1) is the most advanced such concept. The commissioning of this reactor, which has been under construction since 2018, was approved by the Chinese authorities in summer 2022. 3.) Supercritical-water-cooled Reactor – (SCWR) The supercritical-water-cooled reactor is similar in structure to a boiling water reactor, but the pressure and temperature are such that the water does not boil; instead it reaches a supercritical state. The water circulates in a simple cooling circuit and is fed directly into the turbine. Supercritical-water-cooled Reactor © BASE How do supercritical-water-cooled reactors work? The supercritical-water-cooled reactor is a nuclear reactor that uses supercritical water as a working medium. The water is always in a supercritical state, i.e. it has a temperature of over 374°C and a pressure of at least 221 bar. No phase transitions take place above this point, known as the ‘critical point’ of water, which means that the water will no longer boil or condense. The structure of the reactor corresponds to that of a boiling water reactor . The water in the reactor core is heated in a simple cooling circuit, and then fed directly into the turbine. Unlike in a boiling water reactor , the water does not vaporise in supercritical state. The coolant has a higher density and can, thus, absorb the heat more efficiently and transport it away from the core. The core temperature is higher than that of boiling and pressurised water reactors, and the pressure is significantly higher than that of pressurised water reactors (usually a maximum of 160 bar). What are the advantages and disadvantages of a reactor cooled with supercritical water? The design of the reactor is simple and the efficiency is high (up to 45 % ). The special neutron spectrum of the supercritical light water reactor has fast neutrons as well as thermal neutrons. These cause long-lived radionuclides to be transmuted into shorter-lived ones, meaning that the spent nuclear fuel will radiate for less time. One disadvantage is that, similar to the boiling water reactor , the turbine gets radioactively contaminated through direct contact with the cooling water in the primary circuit. The pressure in the circuit ( approx. 250 bar) is very high, which is why the reactor pressure vessel and all other components of the primary circuit have to be thicker and more stable than in conventional light water reactors. Due to the high pressure, damage to the primary circuit also poses an increased risk . Development status of reactors cooled with supercritical water The operation of coal-fired power plants with supercritical water was first trialled in the 1950s and is now standard in new construction projects. Research into the transfer of the concept to nuclear technology has been intensified since the 1990s. However, materials used in modern coal-fired power plants do not have sufficient corrosion resistance for use in the nuclear sector. Further relevant research and development into cladding and structural materials and safety functions is needed. At present, the most advanced designs come from China, the EU , Japan, Canada, Korea, Russia and the US. On the whole, however, development is at an early stage. There are currently no plans for a prototype system. 4.) Gas-cooled Fast Reactor – (GFR) Fast neutrons are used to split the nuclear fuel in gas-cooled fast reactors. These neutrons have a higher kinetic energy than the thermal neutrons used in light water reactors. Similar to high-temperature reactors, helium is used as a coolant. This facilitates particularly high outlet temperatures and increased efficiency compared to conventional light water reactors. Gas-cooled Fast Reactor © BASE How does a gas-cooled fast reactor work? The design of the reactor is similar to that of a classic pressurised water reactor (light water reactor). But instead of water, helium (other gases are also conceivable) is used as a coolant. Uranium, thorium, plutonium or compounds thereof are used as fuel. Unlike high-temperature reactors, which work with moderated thermal neutrons like conventional light water reactors, the fuel in fast reactors is split with fast neutrons. This means that the use of a moderator is not necessary. The high operating temperature of around 850°C yields high efficiencies or can be utilised as process heat for industrial processes. What are the advantages and disadvantages of gas-cooled fast reactors? The envisaged design of the reactor is relatively simple, and there is no need for a moderator at all. The use of unmoderated neutrons leads to transmutation, resulting in less long-lived nuclear waste. Moreover, helium as a coolant can be heated to very high temperatures and does not become radioactive itself. This is the drawback of fast gas-cooled reactors, as helium is not very thermally conductive, which results in increased requirements for cooling the reactor core during operation and immediately after shutdown. Due to the high temperatures, only particularly heat-resistant materials can be used. An additional stress arises from the high neutron flux. The unmoderated fast neutrons are more difficult to shield and can penetrate further into materials than moderated neutrons. This impairs the service life of these materials. Development status of gas-cooled fast reactors Work on the fast gas-cooled reactor concept has been ongoing in the US and Germany since the 1960s, and later also in the UK and Japan. Since the 2000s, research has primarily been driven by France. So far, however, no helium-cooled fast reactor has been built and operated. Extensive research and development are still required, particularly to find suitable fuels and cladding and structural materials for the high-temperature design . In addition, many questions regarding the necessary safety systems and the safety and reliability of operation in general remain unanswered. Generally speaking, development is still at the applied research stage, with no existing prototype designs. Commercial utilisation for power generation or industrial applications is not foreseeable. 5.) Sodium-cooled Fast Reactor – (SFR) In sodium-cooled fast reactors, the nuclear fuel is split using fast neutrons. The reactor core is located in a cooling pool (so-called pool design), which is filled with liquid sodium. A secondary sodium circuit absorbs the heat from the primary sodium pool and conducts it out of the reactor vessel for use in power generation. Sodium-cooled Fast Reactor © BASE How does the sodium-cooled fast reactor work? The reactor core containing the fuel is located in a pool-type container filled with liquid sodium. Sodium is used for its high thermal capacity and good conductivity. Sodium does not boil during operation, so there is no elevated pressure in the reactor vessel. A heat exchanger inside the reactor vessel transfers the heat from the main circuit sodium to a secondary circuit, which also contains liquid sodium. From this secondary circuit, the heat is transferred to a water-bearing tertiary circuit that drives a turbine to generate electricity. In contrast to many other reactor concepts, fast reactors use unmoderated fast neutrons. They can produce additional fissile material from non-fissile isotopes such as uranium -238 or thorium-232 during breeding reactions. Following reprocessing , the fissile material produced in this way can be used as nuclear fuel . Another promise is the reduction of long-lived nuclear waste through transmutation, provided the reactor and fuel production are designed accordingly. What are the advantages and disadvantages of sodium-cooled fast reactors? Thanks to its excellent heat capacity, sodium can completely absorb the decay heat of the fuel elements even without circulation. If, for example, the cooling system should fail due to a power failure, a core meltdown would be passively prevented. In the event of a leak, less coolant will escape as the primary and secondary circuits operate without pressure. This should result in advantages in terms of safety. However, specific accident risks such as sodium leaks and fires must be considered. In the event of a coolant leak, it is necessary to prevent the highly reactive sodium from coming into contact with water and oxygen. This requires additional safety barriers . The system is complex and comparatively expensive, not least because it requires three cooling circuits. Earlier decades saw the possibility of incubating additional fuel in reactors (breeder reaction) as an advantage in some cases. However, due to the quantity of uranium deposits worldwide, there were no major economic advantages to such an application. In addition, depending on the configuration, weapons-grade plutonium is incubated in the reactor. This increases the risk of proliferation of nuclear weapons-grade material. With regard to the transmutation of long-lived waste materials, it must be noted that no such application has yet been developed to operational maturity. According to the current state of research , it would not be possible to transmute all of the radioactive waste . In addition, new fission products would be produced. This would therefore not be an advantage for the final storage strategy pursued in Germany, for example. Development status of sodium-cooled fast reactors The sodium-cooled fast reactor was one of the first reactor concepts in the early days of civil nuclear energy utilisation. Sodium-cooled breeder reactors were and are in operation in several countries. One such experimental facility, the KNK -II, was operated at the German research centre in Karlsruhe from 1977 to 1991. The Kalkar nuclear power plant, which was based on the same technology, was never put into operation due to safety concerns. Three fast sodium-cooled reactors are currently in commercial operation in Russia and China, and others are under construction in both countries and in India. Research and development of reactor concepts for this technology line is ongoing in a large number of countries around the world. The "Generation IV International Forum" has given top priority to this development project. The plan is to press ahead with the development of an advanced fast sodium-cooled reactor with the option of transmuting particularly long-lived waste materials, and to move on to a trial phase in the 2020s. China, EURATOM , France, Japan, Korea, Russia and the USA are contributing to the research and development work. 6.) Lead-cooled Fast Reactor – (LFR) The lead-cooled fast reactor is based on nuclear fission using fast neutrons. Lead or a lead-bismuth alloy is used as the coolant. The primary circuit is designed to allow the liquid metal to circulate by natural convection. This means that there is no need for circulation pumps on the primary side. Electricity is generated by a turbine powered in the secondary circuit. Lead-cooled Fast Reactor © BASE How does the lead-cooled fast reactor work? The reactor has a pool design , which means that the reactor core is located in a pool-shaped container. The pool is filled with the coolant, which is either liquid lead or a lead-bismuth alloy. The metallic coolant does not boil during operation, meaning that normal pressure prevails in the reactor vessel. The heating and cooling processes in the various zones of the reactor vessel allow the coolant to circulate naturally without the need for pumps. A heat exchanger transfers the heat to a secondary circuit where a turbine is run to generate electricity. Depending on the design , the fast neutrons used in the reactor can incubate additional fuel (breeding reaction) or potentially cause a reduction in long-lived waste materials through transmutation. What are the advantages and disadvantages of lead-cooled fast reactors? Like other fast reactors, the lead-cooled fast reactor can be used to incubate additional fuel or to convert long-lived waste material into shorter-lived or stable material by means of transmutation. The reactor core can be designed in such a way that the amount of heat generated per volume is relatively low. The lead alloy can dissipate all of the heat via an automatically adjusted circulation system; no primary circuit pumps are needed. The primary circuit also operates completely without pressure. In addition, lead has very good shielding properties against the ionising radiation emitted by the fuel. One disadvantage of the system is that the lead-bismuth alloy must always be kept at temperatures above its melting point (min. 123 °C ). If not, it will solidify and the entire reactor will become unusable. The coolant must also be filtered at great expense. Lead and bismuth have very high densities, so the system requires stronger structures due to the enormous weight. Bismuth is also very rare and expensive. Development status of lead-cooled fast reactors A research project on lead-cooled fast reactors was already underway in the USA in the 1940s, but was discontinued in 1950. In the Soviet Union, reactors of this type were developed to power submarines, and were used until 1996. The 1990s/2000s witnessed a renewed interest in exploring the concept. Research and development projects are underway in the USA, China, Russia, South Korea and the EU, among others. Problems that still remain unresolved include the minimisation of corrosion and erosion risks due to the liquid metal circulating in the primary circuit and the filtration of the coolant. How does the high-temperature reactor work? High-temperature reactor concepts use helium gas as a coolant instead of water. This allows the reactor to operate at lower pressure, making it more controllable at extremely high temperatures compared to conventional light water reactors. Uranium oxide or carbide is predominantly used as fuel. The fuel comes in small pellets that are encased in a protective shell. The pellets, in turn, are embedded in spheres or prismatic blocks of graphite, which serves as a moderator. These spheres or blocks represent the fuel elements. Coolant flows around them and absorbs the heat generated during the nuclear reaction. This heat can be used, for example, to heat water and drive a steam turbine. Advantages and disadvantages of high-temperature reactors? In addition to an increased efficiency and the generation of process heat at high temperatures, high-temperature reactors offer further advantages over conventional reactors. The design of the fuel elements and the helium cooling offer improved safety features. This means that additional safety systems can be used, some of which are not available in water-cooled reactors. Due to its design, the high-temperature reactor has a relatively low output in relation to the total volume of the reactor core. A core meltdown can, therefore, be ruled out. If the plant is suitably designed, natural uranium , thorium, plutonium or mixed oxides can also be used as fuel in addition to enriched uranium . However, the technology also has major disadvantages. The high temperature and the helium coolant pose a challenge in terms of selecting suitable materials. Gas-cooled reactors also often exhibit problems such as uneven cooling, high abrasion and dust formation as well as an increased risk of fire in the event of water or air ingress. This can lead to the release of radioactive substances . Due to the high content of radioactive graphite, the final disposal of spent fuel elements is estimated to be significantly more cost-intensive compared to conventional fuel elements. Development status of high-temperature reactors Gas-cooled high-temperature reactors have been the subject of research since the 1960s. Prototype plants based on this concept (the pebble bed reactors in Jülich and Hamm-Uentrop) were also developed in Germany. At the end of the 1980s, both plants were shut down due to various technical problems, and the technology was gradually abandoned in Germany. Other high-temperature reactor projects have been and continue to be developed in the UK, the USA , Japan and France, among others. A project in South Africa, which was based on AVR Jülich technology, was paused indefinitely due to technical difficulties and a lack of funding in 2010. A high-temperature experimental reactor, the HTR-10, which is also based on the pebble bed design , has been in operation in the People's Republic of China since 2003. Two further high-temperature reactors of the HTR-PM type there reached criticality as demonstration plants in autumn 2021. A similar project in the USA was discontinued before a prototype reactor was even built, but research on the high-temperature reactor concept is ongoing there. A general trend towards moderately high operating temperatures of 700-850°C can be observed in current developments. To date, there is no high-temperature reactor for commercial power generation in operation. How does the molten salt reactor work? The fuel is a mix of molten salts (fluorides and chlorides). The concentration of the fissile fuel can be adjusted very accurately via the selection of the salts and their mixing ratio. This allows the production of the exact concentration required to maintain a stable chain reaction. The temperatures in the molten salt are approx. 600-700°C. Controlled nuclear reactions that generate heat take place inside the reactor. This heat can be used to heat water vapour and power a turbine for electricity generation. What are the advantages and disadvantages of molten salt reactors? The safety concept of molten salt reactors is based on basic physico-chemical properties and requires less active safety technology than conventional light water reactors, for example. A central feature of the safety concept is to drain the molten salt into designated containers in the event of malfunctions, thus preventing any further chain reaction. In addition, molten salt reactors can integrate what is known as chemical treatment. The fission products and the composition of the fission products , the fuel and the salt mixture used can be optimised during operation in an additional system in the primary circuit (fuel processing system). In contrast to light water reactors, there is no increased pressure in the primary circuit of a molten salt reactor, which means that some accident scenarios can be ruled out. A major disadvantage of the molten salt reactor is the increased corrosion inside the pipe systems. The hot fuel-salt mix corrodes the metals in the reactor, thus limiting their service life. This problem is also the subject of current research and an important reason why, to date, molten salt reactors only exist as research or pilot plants. Some concepts for molten salt reactors advertise the fact that they can also recycle radioactive waste . The idea is that so-called transuranium elements, which are produced in the reactor during nuclear fission , as well as individual long-lived fission products can be specifically converted, i.e. transmuted. This has not yet been developed to the point where it is ready for use. According to the current state of research , however, it would not be possible to convert all of the radioactive waste . New fission products would also be generated. There would, thus, be no advantage in terms of the final storage strategy pursued in Germany. Depending on the specific design of the molten salt reactor concept, radioactive residues would be produced that differ from those of previous light water reactors. The entire disposal chain would have to be adapted, from the development of suitable conditioning processes and new containers to the requirements for interim and final storage of the radioactive residues. Development status of molten salt reactors Molten salt reactors were last operated in the USA in the 1950s and 1960s in the form of two experimental reactors. Research into the further development of this technology is currently underway in several countries. This research is at very different stages and includes concept studies as well as theoretical and experimental preliminary work. The development of an experimental reactor in China (TMSR-LF1) is the most advanced such concept. The commissioning of this reactor, which has been under construction since 2018, was approved by the Chinese authorities in summer 2022. How do supercritical-water-cooled reactors work? The supercritical-water-cooled reactor is a nuclear reactor that uses supercritical water as a working medium. The water is always in a supercritical state, i.e. it has a temperature of over 374°C and a pressure of at least 221 bar. No phase transitions take place above this point, known as the ‘critical point’ of water, which means that the water will no longer boil or condense. The structure of the reactor corresponds to that of a boiling water reactor . The water in the reactor core is heated in a simple cooling circuit, and then fed directly into the turbine. Unlike in a boiling water reactor , the water does not vaporise in supercritical state. The coolant has a higher density and can, thus, absorb the heat more efficiently and transport it away from the core. The core temperature is higher than that of boiling and pressurised water reactors, and the pressure is significantly higher than that of pressurised water reactors (usually a maximum of 160 bar). What are the advantages and disadvantages of a reactor cooled with supercritical water? The design of the reactor is simple and the efficiency is high (up to 45 % ). The special neutron spectrum of the supercritical light water reactor has fast neutrons as well as thermal neutrons. These cause long-lived radionuclides to be transmuted into shorter-lived ones, meaning that the spent nuclear fuel will radiate for less time. One disadvantage is that, similar to the boiling water reactor , the turbine gets radioactively contaminated through direct contact with the cooling water in the primary circuit. The pressure in the circuit ( approx. 250 bar) is very high, which is why the reactor pressure vessel and all other components of the primary circuit have to be thicker and more stable than in conventional light water reactors. Due to the high pressure, damage to the primary circuit also poses an increased risk . Development status of reactors cooled with supercritical water The operation of coal-fired power plants with supercritical water was first trialled in the 1950s and is now standard in new construction projects. Research into the transfer of the concept to nuclear technology has been intensified since the 1990s. However, materials used in modern coal-fired power plants do not have sufficient corrosion resistance for use in the nuclear sector. Further relevant research and development into cladding and structural materials and safety functions is needed. At present, the most advanced designs come from China, the EU , Japan, Canada, Korea, Russia and the US. On the whole, however, development is at an early stage. There are currently no plans for a prototype system. How does a gas-cooled fast reactor work? The design of the reactor is similar to that of a classic pressurised water reactor (light water reactor). But instead of water, helium (other gases are also conceivable) is used as a coolant. Uranium, thorium, plutonium or compounds thereof are used as fuel. Unlike high-temperature reactors, which work with moderated thermal neutrons like conventional light water reactors, the fuel in fast reactors is split with fast neutrons. This means that the use of a moderator is not necessary. The high operating temperature of around 850°C yields high efficiencies or can be utilised as process heat for industrial processes. What are the advantages and disadvantages of gas-cooled fast reactors? The envisaged design of the reactor is relatively simple, and there is no need for a moderator at all. The use of unmoderated neutrons leads to transmutation, resulting in less long-lived nuclear waste. Moreover, helium as a coolant can be heated to very high temperatures and does not become radioactive itself. This is the drawback of fast gas-cooled reactors, as helium is not very thermally conductive, which results in increased requirements for cooling the reactor core during operation and immediately after shutdown. Due to the high temperatures, only particularly heat-resistant materials can be used. An additional stress arises from the high neutron flux. The unmoderated fast neutrons are more difficult to shield and can penetrate further into materials than moderated neutrons. This impairs the service life of these materials. Development status of gas-cooled fast reactors Work on the fast gas-cooled reactor concept has been ongoing in the US and Germany since the 1960s, and later also in the UK and Japan. Since the 2000s, research has primarily been driven by France. So far, however, no helium-cooled fast reactor has been built and operated. Extensive research and development are still required, particularly to find suitable fuels and cladding and structural materials for the high-temperature design . In addition, many questions regarding the necessary safety systems and the safety and reliability of operation in general remain unanswered. Generally speaking, development is still at the applied research stage, with no existing prototype designs. Commercial utilisation for power generation or industrial applications is not foreseeable. How does the sodium-cooled fast reactor work? The reactor core containing the fuel is located in a pool-type container filled with liquid sodium. Sodium is used for its high thermal capacity and good conductivity. Sodium does not boil during operation, so there is no elevated pressure in the reactor vessel. A heat exchanger inside the reactor vessel transfers the heat from the main circuit sodium to a secondary circuit, which also contains liquid sodium. From this secondary circuit, the heat is transferred to a water-bearing tertiary circuit that drives a turbine to generate electricity. In contrast to many other reactor concepts, fast reactors use unmoderated fast neutrons. They can produce additional fissile material from non-fissile isotopes such as uranium -238 or thorium-232 during breeding reactions. Following reprocessing , the fissile material produced in this way can be used as nuclear fuel . Another promise is the reduction of long-lived nuclear waste through transmutation, provided the reactor and fuel production are designed accordingly. What are the advantages and disadvantages of sodium-cooled fast reactors? Thanks to its excellent heat capacity, sodium can completely absorb the decay heat of the fuel elements even without circulation. If, for example, the cooling system should fail due to a power failure, a core meltdown would be passively prevented. In the event of a leak, less coolant will escape as the primary and secondary circuits operate without pressure. This should result in advantages in terms of safety. However, specific accident risks such as sodium leaks and fires must be considered. In the event of a coolant leak, it is necessary to prevent the highly reactive sodium from coming into contact with water and oxygen. This requires additional safety barriers . The system is complex and comparatively expensive, not least because it requires three cooling circuits. Earlier decades saw the possibility of incubating additional fuel in reactors (breeder reaction) as an advantage in some cases. However, due to the quantity of uranium deposits worldwide, there were no major economic advantages to such an application. In addition, depending on the configuration, weapons-grade plutonium is incubated in the reactor. This increases the risk of proliferation of nuclear weapons-grade material. With regard to the transmutation of long-lived waste materials, it must be noted that no such application has yet been developed to operational maturity. According to the current state of research , it would not be possible to transmute all of the radioactive waste . In addition, new fission products would be produced. This would therefore not be an advantage for the final storage strategy pursued in Germany, for example. Development status of sodium-cooled fast reactors The sodium-cooled fast reactor was one of the first reactor concepts in the early days of civil nuclear energy utilisation. Sodium-cooled breeder reactors were and are in operation in several countries. One such experimental facility, the KNK -II, was operated at the German research centre in Karlsruhe from 1977 to 1991. The Kalkar nuclear power plant, which was based on the same technology, was never put into operation due to safety concerns. Three fast sodium-cooled reactors are currently in commercial operation in Russia and China, and others are under construction in both countries and in India. Research and development of reactor concepts for this technology line is ongoing in a large number of countries around the world. The "Generation IV International Forum" has given top priority to this development project. The plan is to press ahead with the development of an advanced fast sodium-cooled reactor with the option of transmuting particularly long-lived waste materials, and to move on to a trial phase in the 2020s. China, EURATOM , France, Japan, Korea, Russia and the USA are contributing to the research and development work. How does the lead-cooled fast reactor work? The reactor has a pool design , which means that the reactor core is located in a pool-shaped container. The pool is filled with the coolant, which is either liquid lead or a lead-bismuth alloy. The metallic coolant does not boil during operation, meaning that normal pressure prevails in the reactor vessel. The heating and cooling processes in the various zones of the reactor vessel allow the coolant to circulate naturally without the need for pumps. A heat exchanger transfers the heat to a secondary circuit where a turbine is run to generate electricity. Depending on the design , the fast neutrons used in the reactor can incubate additional fuel (breeding reaction) or potentially cause a reduction in long-lived waste materials through transmutation. What are the advantages and disadvantages of lead-cooled fast reactors? Like other fast reactors, the lead-cooled fast reactor can be used to incubate additional fuel or to convert long-lived waste material into shorter-lived or stable material by means of transmutation. The reactor core can be designed in such a way that the amount of heat generated per volume is relatively low. The lead alloy can dissipate all of the heat via an automatically adjusted circulation system; no primary circuit pumps are needed. The primary circuit also operates completely without pressure. In addition, lead has very good shielding properties against the ionising radiation emitted by the fuel. One disadvantage of the system is that the lead-bismuth alloy must always be kept at temperatures above its melting point (min. 123 °C ). If not, it will solidify and the entire reactor will become unusable. The coolant must also be filtered at great expense. Lead and bismuth have very high densities, so the system requires stronger structures due to the enormous weight. Bismuth is also very rare and expensive. Development status of lead-cooled fast reactors A research project on lead-cooled fast reactors was already underway in the USA in the 1940s, but was discontinued in 1950. In the Soviet Union, reactors of this type were developed to power submarines, and were used until 1996. The 1990s/2000s witnessed a renewed interest in exploring the concept. Research and development projects are underway in the USA, China, Russia, South Korea and the EU, among others. Problems that still remain unresolved include the minimisation of corrosion and erosion risks due to the liquid metal circulating in the primary circuit and the filtration of the coolant. Further information on transmutation Partitioning and transmutation
Transmutation of high-level radioactive waste Scientists around the world have been researching various ways to safely dispose of high-level radioactive waste for decades. One option, which only exists in theory so far, is the industrial application of transmutation to reduce the amount of radioactive waste. This process is designed to purposefully convert long-lived components of the waste into short-lived or stable substances. How does this technology work? And is it an alternative to final disposal in deep geological rock strata? Partitioning and transmutation (P&T) promises to provide a technology to process high-level radioactive waste in such a way that the period of time during which it shows significant levels of radioactivity is reduced. Up to now, however, the P&T technologies have only been demonstrated on laboratory scale. Even with intensive research, it would probably take several decades for the technology to be ready for use. A final repository for high-level radioactive waste would still be necessary, as only a part of the high-level nuclear waste can be converted. For the foreseeable future, deep geological disposal will be the better alternative: such is the conclusion of a recent expert report commissioned by BASE . Scientists around the world have been researching various ways to safely dispose of high-level radioactive waste for decades. One option, which only exists in theory so far, is the industrial application of transmutation to reduce the amount of radioactive waste. This process is designed to purposefully convert long-lived components of the waste into short-lived or stable substances. How does this technology work? And is it an alternative to final disposal in deep geological rock strata? Transmutation – Wohin mit dem ganzen Müll? Die Nutzung der Kernenergie hat 27.000 m³ hochradioaktive Abfälle allein in Deutschland hinterlassen. Können diese Abfälle recycelt werden? Bisher funktioniert die Transmutation im Kontext der Abfallbehandlung nur in der Theorie. Wäre sie zukünftig vielleicht eine Alternative zur Endlagerung tief unter der Erde? Unser Video gibt Antworten. What is transmutation? Long-lived components such as uranium and plutonium are separated and converted into short-lived components, and energy is produced in the process. © BASE Transmutation is a physical process in which one element is converted into another. This already happens for some materials (especially uranium and plutonium) as a side effect of electricity generation in nuclear power plants. In the context of waste treatment, transmutation means that long-lived radioactive nuclei (radionuclides) are converted into short-lived or stable nuclei. A transmutation process for targeted industrial waste treatment does not yet exist. The hope is that, should this be technically feasible one day, the highly radioactive nuclear waste would no longer endanger people and the environment for hundreds of thousands of years, but only for a much shorter period. In return, however, the volume of low- and intermediate-level waste would probably increase significantly. A final repository for high-level radioactive waste would still be needed because only part of the high-level radioactive waste can be transmuted at all. What does nuclear waste actually consist of? High-level radioactive waste from nuclear power plants is a mixture of different substances or groups of substances, each of which have different properties. Since high-level radioactive waste has a high hazard potential over a very long period of time, it must be shielded from the environment in a repository for a million years. The main waste components are: Uranium Uranium is mined from the earth and processed into fuel. However, most of the uranium, a good 94%, is not fissioned during its use in the nuclear power plant, but is disposed of as part of the high-level radioactive waste. The uranium used in power plants only has a very low radiation level, and is not very mobile in the ground. Some P&T concepts therefore envision not converting it. Instead, it would be separated from the rest of the waste and sent directly to a repository. Transuranic elements Transuranic elements are substances that are formed when uranium captures neutrons instead of being split by them. This results in the formation of elements with a higher atomic number - i.e. with more protons - than uranium. The elements neptunium, plutonium, americium and curium are of particular importance. Transuranic elements account for about 1.5% of German high-level radioactive waste (in the form of fuel elements). They contribute to high radiation and large heat release of the irradiated fuel elements Fission products Fission products are formed when uranium or transuranic elements are split. Fission products account for about 4% of high-level radioactive waste (in the form of fuel assemblies). They contribute most to radiation in the first decades as well as to heat release from spent fuel. Fission products are often highly soluble in water and thus very mobile in the soil. How does transmutation work in the context of waste treatment? The envisaged technical process for waste treatment is called "partitioning and transmutation" (P&T) and consists of three steps: Separation (partitioning), fuel production, and conversion (transmutation). During the partitioning process, transuranic elements are separated from the spent fuel. This process already exists for uranium and plutonium in reprocessing plants. Considerable technical development is needed to separate the other transuranic elements as well. So far, this has only been feasible in the laboratory. The separated transuranic elements will then be processed into new fuel elements and bombarded with neutrons in special reactors. Some of the transuranic elements will be split and converted into short-lived or stable atomic nuclei. A small amount of long-lived fission products, such as iodine-129, will also be produced. Yet, the P&T process would have to be repeated many times, since only a part of the transuranic elements can be converted each time. © BASE Is transmutation feasible in practice? So far, there is no industrial-scale transmutation facility. According to an expert opinion commissioned by BASE , it could be many decades before this becomes possible. The research and development work would be associated with high costs. According to model calculations, three to 23 of the nuclear power plants designed for transmutation would have to operate between 55 and 300 years to transmute a large proportion of Germany's transuranic elements. The P&T process would thus require the establishment of an extensive nuclear industry. This is not covered by the current legal situation in Germany. The reason: Following the reactor catastrophes at Chernobyl and Fukushima , there was a broad social consensus in this country that nuclear power plants should no longer be operated in the future. The last three nuclear power plants in Germany will be shut down by the end of 2022 at the latest. Can transmutation replace a final repository? Even with transmutation, a repository for high-level radioactive waste would be necessary. There are three particular reasons for this: Even with repeated transmutation, transuranic residues that would have to be transferred to a final repository will remain. Long-lived fission products (both existing and new) would have to be emplaced in a repository. Only a portion of the high-level waste is in the form of fuel assemblies. Approximately 40% of the waste was vitrified during reprocessing. In such cases, repartitioning would be much more challenging. Furthermore, it should be noted that the amount of low and intermediate-level radioactive waste, for example from the dismantling of the plants, would increase considerably. Conclusion It is unclear when the transmutation technology for the industrial treatment of radioactive waste will be available, and how efficient it will be. Relying on this technology as a substitute for a final repository for high-level radioactive waste is thus incompatible with the principle of responsibility. This principle is enshrined in the Site Selection Act and stipulates that the best possible protection of humans and the environment from the effects of ionizing radiation, must be ensured, and unreasonable burdens for future generations must be avoided. The future Should partitioning & transmutation actually be developed to industrial maturity in the coming decades or centuries, and should it become possible to reduce the amount of high-level radioactive waste, the Site Selection Act provides for corrective options. According to the law, there must be a retrieval option for high-level waste until the repository is sealed. Expert opinion on partitioning and transmutation Concepts for partitioning and transmutation are being discussed and researched internationally. With the help of transmutation, high-level radioactive nuclear waste is to be processed in such a way that the radiation decreases more quickly. But, so far, this is only theory. BASE has commissioned an expert report to examine whether these concepts can be implemented in practice. Uranium Uranium is mined from the earth and processed into fuel. However, most of the uranium, a good 94%, is not fissioned during its use in the nuclear power plant, but is disposed of as part of the high-level radioactive waste. The uranium used in power plants only has a very low radiation level, and is not very mobile in the ground. Some P&T concepts therefore envision not converting it. Instead, it would be separated from the rest of the waste and sent directly to a repository. Transuranic elements Transuranic elements are substances that are formed when uranium captures neutrons instead of being split by them. This results in the formation of elements with a higher atomic number - i.e. with more protons - than uranium. The elements neptunium, plutonium, americium and curium are of particular importance. Transuranic elements account for about 1.5% of German high-level radioactive waste (in the form of fuel elements). They contribute to high radiation and large heat release of the irradiated fuel elements Fission products Fission products are formed when uranium or transuranic elements are split. Fission products account for about 4% of high-level radioactive waste (in the form of fuel assemblies). They contribute most to radiation in the first decades as well as to heat release from spent fuel. Fission products are often highly soluble in water and thus very mobile in the soil.
Faktencheck: Transmutation Transmutation - eine Alternative zur Endlagerung? Wissenschaftler weltweit forschen seit Jahrzehnten zu verschiedenen Optionen, hochradioaktive Abfälle zu entsorgen. Eine Variante, die in diesem Zusammenhang immer wieder thematisiert wird, ist die Transmutation. Mit diesem Verfahren sollen Menge und Halbwertszeit der hochradioaktiven Abfälle deutlich verringert werden. Doch kann die Technologie das tatsächlich leisten? Stellt sie wirklich, wie zum Teil behauptet wird, eine Alternative zur Endlagerung in Gesteinsschichten unter der Erdoberfläche dar? Wissenschaftler weltweit forschen seit Jahrzehnten zu verschiedenen Optionen, hochradioaktive Abfälle zu entsorgen. Eine Variante, die in diesem Zusammenhang immer wieder thematisiert wird, ist die Transmutation. Mit diesem Verfahren sollen Menge und Halbwertszeit der hochradioaktiven Abfälle deutlich verringert werden. Doch kann die Technologie das tatsächlich leisten? Stellt sie wirklich, wie zum Teil behauptet wird, eine Alternative zur Endlagerung in Gesteinsschichten unter der Erdoberfläche dar? Im Folgenden erklären wir, wie das Verfahren funktioniert, ob es einsetzbar ist und welche Vor- und Nachteile es birgt. Was ist Transmutation? Transmutation bedeutet im Zusammenhang mit den hochradioaktiven Abfällen, dass langlebige radioaktive Atomkerne ( Radionuklide ) in kurzlebigere umgewandelt werden. Sollte dies tatsächlich eines Tages technisch möglich sein, würden die hochradioaktiven Stoffe nicht mehr für hunderttausende Jahre Menschen und Umwelt gefährden, sondern für einen deutlich kürzeren Zeitraum. Die Menge der zu entsorgenden hochradioaktiven Abfälle würde sich verringern, allerdings würde sich im Gegenzug das Volumen der schwach- und mittelradioaktiven Abfälle vergrößern. Schematische Darstellung des P&T-Verfahrens Wie funktioniert Transmutation? Das technische Verfahren nennt sich P&T (Partitionierung und Transmutation) und besteht aus drei Schritten: Abtrennung, Brennstofffertigung und Umwandlung. Bei der Abtrennung werden zunächst aus den abgebrannten Brennelementen bestimmte langlebige radioaktive Atomkerne (Transurane) herausgelöst. Dies geschieht in Wiederaufarbeitungsanlagen. Anschließend werden die abgetrennten Atomkerne zu neuen Brennelementen verarbeitet und in speziellen Reaktoren mit Neutronen beschossen. Der Großteil der langlebigen Atomkerne wird aufgespalten und in kurzlebigere Atomkerne umgewandelt. Das P&T-Verfahren muss allerdings viele Male wiederholt werden, da bei jedem Durchgang nur ein Teil der Transurane umgewandelt werden kann. Was sind die Vor- und Nachteile von P&T? Der erste Schritt des P&T-Verfahrens, die Abtrennung der Atomkerne, wird bereits in der Wiederaufarbeitung genutzt, allerdings nur für Uran und Plutonium . Um auch die übrigen Transurane abtrennen zu können, bedarf es erheblicher technischer Weiterentwicklungen. Bislang gelang dies nur im Labor. Auch der zweite Schritt, die Brennstofffertigung, befindet sich noch in einem relativ frühen Entwicklungsstadium. Gleiches gilt für den letzten Schritt, die Umwandlung der Atomkerne. Bislang existiert keine industriereife Transmutationsanlage. Angesichts dieser Tatsachen ist unklar, ob die P&T-Technologie überhaupt großtechnisch einsetzbar sein wird. Die Endlagerkommission, die zum Thema P&T zwei Gutachten in Auftrag gab, kam zu dem Schluss, dass es mindestens vier bis fünf Jahrzehnte dauern wird, ggf. auch länger, bis P&T industriell einsetzbar wäre. Aber die alleinige Verfolgung einer Technologie, bei der unklar ist ob und wann sie einsetzbar wäre, ist mit dem Verantwortungsprinzip nicht vereinbar. Auch für die zukünftigen Generationen ist es wichtig, so bald wie möglich eine sichere Lösung für die hochgefährlichen Stoffe zu finden. Auch P&T produziert weiterhin radioaktive Abfälle: Nicht alle Transurane werden bei dem Verfahren umgewandelt. Hinzu kommen die sogenannten Spaltprodukte , die neben den Transuranen bei der Kernspaltung entstehen. Zudem müssen die Abfälle aus der Wiederaufarbeitung endgelagert werden, da sie nicht transmutiert werden können. Sollte das P&T-Verfahren eines Tages großtechnisch einsetzbar sein, müssten zwar weniger langlebige Atomkerne eingelagert werden. Die Menge an schwach- und mittelradioaktiven Abfällen würde sich allerdings erheblich erhöhen. Für das P&T-Verfahren müssten außerdem Reaktoren gebaut werden, in denen die Transurane umgewandelt werden. Etwa fünf bis sieben derartige Anlagen müssten schätzungsweise zwischen 150 und 300 Jahren laufen, um den gesamten deutschen Abfall zu transmutieren. Zeiträume unter 100 Jahren ließen sich nur mit deutlich mehr Reaktoren oder höheren Reaktorleistungen erreichen. Das P&T-Verfahren würde somit den Aufbau einer umfangreichen kerntechnischen Industrie notwendig machen. Dies ist durch die derzeitige Gesetzeslage in Deutschland nicht gedeckt. Der Grund: Nach dem Reaktorunglück von Tschernobyl und dem Atomunfall in Fukushima gibt es hierzulande einen breiten gesellschaftlichen Konsens darüber, dass künftig keine Kernkraftwerke und Wiederaufarbeitungsanlagen mehr betrieben werden sollen. Die Zukunft Für den Fall, dass P&T in den kommenden Jahrzehnten oder Jahrhunderten tatsächlich bis zur industriellen Reife weiterentwickelt wird und sich die Menge der hochradioaktiven Abfälle verringern ließe, sieht das Standortauswahlgesetz Korrekturmöglichkeiten vor. Die hochradioaktiven Abfälle sollen demnach bis zum Verschluss des Endlagers zurückgeholt werden können. Zudem sollen die Behälter mit den hochradioaktiven Rückständen nach Verschluss noch fünfhundert Jahre lang geborgen werden können. Zum Thema Transmutation hochradioaktiver Abfälle
Neue Technologien lösen Endlagerproblematik nicht BASE präsentiert Gutachten zu Partitionierung & Transmutation und zu Small Modular Reactors. Weltweit ungelöste Endlagerfrage, Sicherheitsfragen und die Atomwaffen- Gefahr bleiben bestehen. Pressemitteilung Stand: 10.03.2021 „In absehbarer Zeit können möglicherweise zur Verfügung stehende Atom -Technologien weder die Altlasten der Atomenergie-Nutzung beseitigen noch die jetzt anstehenden Zukunftsfragen des Klimawandels beantworten“. Das ist das zentrale Fazit von Wolfram König, Präsident des Bundesamts für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung ( BASE ), anlässlich der Veröffentlichung von zwei Gutachten im Auftrag des BASE. Die Gutachten analysieren den gegenwärtigen Stand und mögliche Auswirkungen bei der Entwicklung von sogenannten Small Modular Reactors (SMR) und Partionierungs- und Transmutations-Konzepten (P&T). Beide Technologien werden bisweilen in Diskussionen über Strategien gegen den Klimawandel sowie bei der Lösung einer sicheren Entsorgung ins Spiel gebracht. Das Konzept SMR verspricht, mittels kleiner und vermeintlich günstiger und sicherer Reaktoren Energie bereitstellen zu können. Hinter P&T steckt die Idee, mithilfe neuer Reaktoren und Wiederaufarbeitungsverfahren die Menge an hochradioaktiven Abfällen zu reduzieren. König: „Wir müssen konstatieren: Keine der diskutierten Technologien ist derzeit am Markt verfügbar. Es ist auch nicht absehbar, ob sie es künftig sein werden. Gleichzeitig werden sie verbunden mit Versprechen, die oftmals stark denen ähneln, die bereits mit der ersten Generation von Reaktoren in den 1950ern und 1960er Jahren des vergangenen Jahrhunderts gemacht worden waren.“ Die zwei aktuellen Gutachten kommen in Summe zu dem Ergebnis, dass es sich bei P&T- oder SMR-Reaktoren überwiegend um Konzeptstudien handelt, die nur in den wenigsten Fällen neue Entwicklungen darstellen. Unter der Annahme, dass eine Marktrealisierung der Technologien dennoch gelingen könnte, wären eher negative Effekte in Hinblick auf Sicherheitsrisiken sowie das Vermeiden von unzumutbaren Lasten für zukünftige Generationen zu erwarten. Das Gutachten zur P&T-Technologie wurde vom Institut für Sicherheits- und Risikowissenschaften der Universität für Bodenkultur Wien durchgeführt. Das Gutachten zum Thema SMR ist vom Öko-Institut in Zusammenarbeit mit dem Fachgebiet für Wirtschafts- und Infrastrukturpolitik der TU Berlin sowie dem Physikerbüro Bremen erarbeitet worden. Hintergrund für die Beauftragung der Gutachten ist der gesetzliche Auftrag des BASE , Forschung im Bereich der nuklearen Sicherheit und Entsorgung durchzuführen und mögliche alternative Optionen fortlaufend zu evaluieren. Mehr Infos zum Thema und die Original-Gutachten finden Sie auf der Webseite des BASE . Abfallmengen von einzelnen Transuranen erhöhen sich Der Einstieg in P&T wäre damit verbunden, dass wieder viele kerntechnische Anlagen erbaut werden müssten und damit - durch deren langen Betrieb - Sicherheits- und Störfallrisiken in Kauf zu nehmen. Zwischenlager und Brennstofftransporte wären weiterhin erforderlich. Auch ein Endlager wäre in jedem Fall weiter erforderlich. In hypothetischen Szenarien hat die Universität für Bodenkultur Wien die Auswirkung verschiedener P&T-Technologien für die in Deutschland angefallenen Abfälle untersucht. Im Ergebnis könnten bestimmte Transurane wie u.a. Plutonium zwar in ihrer Menge reduziert werden, auf der anderen Seite steigt jedoch die Abfallmenge für einzelne langlebige radioaktive Spaltprodukte an, z.T. sogar um bis zu 75 Prozent (Cäsium-135) gegenüber der ohne P&T einzulagernden Menge. P&T ist zudem nur anwendbar für abgebrannte Brennstäbe. Allerdings wurden 40 Prozent der in Deutschland bereits angefallenen Abfälle wiederaufgearbeitet. Die daraus entstandenen verglasten Abfälle wären nicht für P&T-Verfahren zugänglich. Schließlich bliebe die Gefahr , dass das im Verfahren notwendigerweise abzutrennende Plutonium leichter für Waffenherstellung zugänglich wäre. Es müssten bis zu zehntausend SMR-Anlagen gebaut werden Small Modular Reactors sollen Strom ohne viele Treibhausgase produzieren und damit aus Sicht einiger Stimmen einen Beitrag im Kampf gegen den Klimawandel leisten. Um weltweit die derzeit benötigte elektrische Leistung bereitzustellen, müssten laut dem Gutachten jedoch tausend bis zehntausend SMR-Anlagen gebaut werden. Fragen zu Sicherheit, Transport, Rückbau sowie zur Zwischen- und Endlagerung sind bislang ungeklärt. Bei einer geplanten weltweiten Verbreitung von SMR wären neue SMR-spezifische nationale und internationale Sicherheitsstandards notwendig. Laut Gutachten könnten SMR zwar potenziell sicherheitstechnische Vorteile gegenüber großen Atomkraftwerken vorweisen, die hohe Anzahl an notwendigen Reaktoren würde jedoch die damit verbundenen Risiken wiederum deutlich erhöhen. Bei SMR-Anlagen bleibt – ähnlich wie bei der P&T - die Gefahr , dass im Falle einer weltweiten Verbreitung der Technologie die Gefahr der Proliferation – also der Nutzung für militärische Zwecke wie der Herstellung von Kernwaffen - steigt. BASE -Präsident König zieht vor diesem Hintergrund das Fazit: „Die diskutierten Konzepte können uns unsere Verantwortung nicht abnehmen, uns jetzt konsequent auf den Pfad der nachhaltigen Problemlösung zu begeben statt mit der Hoffnung auf Technologiesprünge der Nuklearindustrie dieser Aufgabe auszuweichen. Allein der Blick auf die weltweit zu klärende Frage der Entsorgung zeigt, dass wir selbst für sichere Lösungen sorgen müssen.“ Informationen zur Debatte um Partitionierung und Transmutation Transmutation hochradioaktiver Abfälle Informationen zu Small Modular Reactors Small Modular Reactors
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