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Transmutation

 

[von spätlateinisch transmutatio »Veränderung«] die, -/-en, Kerntechnik: die Umwandlung von langlebigen, künstlich erzeugten radioaktiven Nukliden (v. a. von Spaltprodukten, Plutonium und Actiniden) durch Neutroneneinfang in kurzlebige oder stabile Nuklide. Durch Transmutation in technischen Maßstab könnten die bei der Kernenergienutzung durch Kernspaltung in Kernreaktoren anfallenden Mengen an langlebigen radioaktiven Abfällen, die heute der Endlagerung zugeführt werden müssen, drastisch reduziert werden. - Die Transmutation findet in jedem Kernreaktor durch parasitäre Neutronenabsorption in den entstehenden Spaltprodukten und Transuranen statt. Sie galt bisher eher als unerwünschter Nebeneffekt, da sie die Neutronenverluste erhöht und damit die Konversionsrate erniedrigt. Die Transmutationsrate (Anzahl der transmutierten Kerne eines Nuklids pro Zeiteinheit) kann in jedem Kernreaktor erhöht werden und zwar durch eine Anhebung der Neutronenflussdichte und eine Optimierung des Brennstoffkreislaufs im Hinblick auf eine Minimierung der langlebigen radioaktiven Abfälle. Eine generelle Lösung des Endlagerungsproblems ist jedoch auf diesem Weg nicht zu erwarten, da einer Erhöhung der Transmutationsraten in den heutigen Kernreaktoren enge physikalische und technologische Grenzen gesetzt sind.

 

Ein anderes Transmutationskonzept basiert auf dem so genannten beschleunigergetriebenen System (Abkürzung ADS, für englisch accelerator driven system), einer Kombination aus einem unterkritischen Kernreaktor, einem Protonenbeschleuniger und einem in den Reaktorkern (Blanket) eingebauten Spallationstarget (Spallationsneutronenquelle). Da der Reaktorkern unterkritisch ist, kann sich keine selbstständig ablaufende stationäre Kernkettenreaktion einstellen. Durch den Beschuss des Spallationstargets mit hochenergetischen Protonen aus dem Beschleuniger können jedoch zusätzlich Neutronen in das Blanket eingebracht werden und eine Kettenreaktion in Gang setzen; damit wird die Kettenreaktion über den Beschleuniger gesteuert. Da im Blanket sehr hohe Neutronenflussdichten auftreten, sind auch die Transmutationsraten sehr hoch. Es werden daher nur noch sehr geringe Mengen von langlebigen, radioaktiven Abfällen produziert. - Bringt man in das Blanket neben dem Brennstoff auch langlebige radioaktive Abfälle ein, so werden diese durch Transmutation gewissermaßen verbrannt. Man geht heute davon aus, dass sich durch den Einsatz solcher Transmutationsanlagen (Abkürzung ADDT-Anlage, für englisch accelarator driven transmutation technology) die in den heutigen Kernreaktoren erzeugten langlebigen radioaktiven Abfälle mengenmäßig um den Faktor 100 reduzieren lassen. Die im Blanket als Wärme freigesetzte Kernenergie kann wie bei jedem Kernreaktor zur Stromerzeugung verwendet werden. Die Voraussetzung für den Einsatz von Transmutationsanlagen ist allerdings die Wiederaufarbeitung verbrauchter Brennelemente.

 

Auf dem ADS basiert auch der von C. Rubbia und Mitarbeitern konzipierte neuartige Kernreaktor (»Energy Amplifier«), mit dem sich die bei der Kernenergienutzung entstehenden langlebigen radioaktiven Abfälle im Vergleich zu den mehr konventionellen Kernreaktoren deutlich reduzieren lassen. - Heute konzentriert sich das Interesse am ADS v. a. auf die Möglichkeit der Transmutation langlebiger radioaktiver Abfällle. In mehreren Ländern, z. B. in Deutschland, Italien, Frankreich, Großbritannien, Japan, Russland, Schweden, der Schweiz und den USA, werden derzeit grundlegende Untersuchungen und Machbarkeitsstudien durchgeführt mit dem Ziel, den Forschungsbedarf sowie den Forschungs- und Entwicklungsaufwand und die Zeithorizonte bis zur Realisierung eines solchen Systems zu ermitteln.