Beseitigung von Atommüll durch Transmutation

Löst die Umwandlung radioaktiver Reststoffe die Endlagerproblematik? Die Transmutation radiaktiver Abfälle ist ein langfristig denkbarer Weg zur Reduktion der Abfallmengen. Aber auch mit der Transmutation wird ein Endlager benötigt.

In der Diskussion um die Nutzung der Kernspaltung spielt die sichere Verwahrung der radioaktiven und teilweise hoch toxischen Reststoffe eine bedeutende Rolle. Dabei kommt immer wieder der Vorschlag auf, durch Transmutation diese problematischen Reststoffe in weniger problematische oder gar in ganz problemfreie Stoffe umzuwandeln.

Was meint Transmutation?

Als Transmutation wird die Umwandlung eines chemischen Elementes in ein anderes chemisches Element oder ein anderes Isotop desselben Elements verstanden.

Auslöser einer Transmutation ist die Einwirkung eines Elementarteilchens wie ein Elektrons, Protons oder Neutrons auf einen Atomkern. Durch die Einwirkung des Teilchens entsteht dabei ein veränderter Atomkern.

Der Begriff Transmutation wurde von den Alchemisten geprägt, die mit chemischen Verfahren andere Elemente in Edelmetalle, vorzugsweise in Gold, umwandeln wollten. Diese Transmutation ist heute möglich. Allerdings physikalisch durch das Einwirken langsamer Neutronen auf ein seltenes Quecksilberisotop oder auf Platin. Aber diese Transmutation ist aus diversen Gründen völlig unwirtschaftlich. Und das gilt auch für eine Reihe weiterer denkbarer Transmutationsprozesse zur Gewinnung von Gold.

Radioaktive Abfälle

Bei der Energieerzeugung durch Kernspaltung und durch die Nuklearmedizin entsteht radioaktiver Abfall. Das sind die Spaltprodukte des spaltbaren Ausgangsmaterials und Transurane. Die Spaltprodukte sind die Ergebnisse des Kernspaltungsvorgangs. Diese Atomkerne sind leichter als die Kerne des Ausgangsmaterials. Daneben entstehen im Kernreaktor beim Einfangen langsamer Neutronen auch Transurane. Diese Kerne haben eine Protonenzahl über der des Urans mit der Ordnungszahl 92.

Beide Sorten der Produkte der Kernspaltung können sehr problematische Eigenschaften haben. Sie sind teilweise, wie z.B. das Plutonium, sehr giftig. Andere Reststoffe strahlen sehr intensiv und schädigen organisches Leben stark. Und dann sind die Halbwertszeiten der strahlenden Reststoffe sehr unterschiedlich: vom Millisekundenbereich bis zu Millionen von Jahren wie beim Plutonium.

Das Abfallgemisch der Atomspaltung muss daher sicher weggeschlossen werden. In der ersten Zeit nach dem Abbrand der Brennelemente geht es im Abklinglager darum, die heftige Strahlung der kurzlebigen Nukleide abklingen zu lassen. Dann müssen die Stoffe so gelagert werden, dass die teilweise hochgiftigen Stoffe nicht mehr in die Biosphäre gelangen können und dass die Strahlung, die noch einige Millionen Jahre von diesen Reststoffen ausgehen kann, nicht auf die Lebewesen auf der Erde einwirken kann.

Welche Probleme eine solche Lagerung mit sich bringt, dass war im Jahr 2008 mehrfach Stoff heftiger Auseinadersetzung. Zum einen um die Zustände der experimentellen Lagerung im Versuchslager Asse. Und auch im Endlager Morsleben für schwach- und mittelaktive radioaktive Abfälle mussten umfangreiche Sicherungsarbeiten eingeleitet werden. Unterm Strich gibt es auf dieser Welt jede Menge radiaktiver Abfälle, aber noch nicht ein Endlager wurde eingerichtet.

Transmutation radioaktiver Abfälle

Die Idee lautet: man beschieße radioaktive Stoffe so, dass aus langlebigen Strahlern kurzlebige Strahler werden oder das am Ende gar stabile Isotope eines Elements entstehen. Diese Idee sieht auf dem ersten Blick bestechend aus.

Aber für die Anwendung im technischen Maßstab tun sich doch viele Probleme auf. Da ist einmal, dass die anfallenden radioaktiven Abfälle ein recht buntes Gemisch diverser Elemente und derer Isotopen ist. Jedes Isotop in dieser Mischung reagiert auf den Beschuss mit langsamen oder schnellen Neutronen unterschiedlich. Für einige Stoffe verändert sich die Zusammensetzung des Abfalls zum Besseren, während andere Isotope zu neuen Problemstoffen werden können. Erfolgreiche Transmutation wird also nur funktionieren, wenn die Abfallmischung so getrennt werden kann, dass eine gezielte Transmutation hin zu stabilen Isotopen möglich wird. Eine solche Isotopentrennung setzt die Handhabung der Abfallstoffe in Wiederaufbereitungsanlagen voraus. Das ist aufwändig und nicht ganz ohne Gefahren.

Die Erfolgsaussichten der Transmutation

Da wird noch viel Spreewasser am Bundeskanzleramt vorbeifließen, bis die Transmutation zu einer spürbaren Entschärfung des Endlagerproblems radioaktiver Abfälle beitragen kann. Ganz eindeutig ist, dass die Transmutation und die vorbereitende Isotopentrennung einen beachtlichen apparativen Aufwand und eine Menge Energie erfordert. Die Wirtschaftlichkeit der Kernspaltungstechnologie wird deutlich leiden.

Schließlich ist nicht zu erwarten, dass die vollständige Transmutation der radioaktiven Reststoffe möglich ist. Es bleibt daher weiter die Notwendigkeit der Endlagerung einer gewissen Restabfallmenge. Und dieses Endlager zu finden ist und bleibt ein problematisches Unterfangen.

Politisch-Wissenschaftliche Konzepte zur Entwicklung von Techniken zur Transmutation sehen Möglichkeiten am noch recht fernen Horizont. Von prototypischen Anlagen um 2030 und technischer Realisierung um 2040 bis 2045 ist in entsprechenden Arbeitspapieren die Rede.

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