Transmutationsforschung in Dresden-Rossendorf

Ende 2007 wurde ein neues Neutronenlabor im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) in Betrieb genommen. Hier soll in Zukunft untersucht werden, wie langlebiger radioaktiver Abfall, der weltweit in Kernkraftwerken entsteht, so umgewandelt werden kann, dass er nur noch für historisch überschaubare Zeiten in ein Endlager eingeschlossen werden muss.

Prinzipskizze eines Teils des nELBE-Experiments

Prinzipskizze eines Teils des nELBE-Experiments

Dresden-Rossendorf - Das Phänomen wird "Transmutation" genannt: Langlebige schwere Atomkerne wie etwa Curium oder Neptunium können durch Beschuss mit Neutronen umgewandelt werden und in kurzlebige oder sogar stabile Reaktionsprodukte zerfallen. Nach weniger als 1.000 Jahren haben sie dann das natürliche Radioaktivitätsniveau erreicht.

Eines der ungelösten Probleme der Kernenergie als Energiequelle ist der Abfall. Der gegenwärtig produzierte radioaktive Abfall muss für mindestens 1 Million Jahre eingelagert werden, bis seine Aktivität wieder die von natürlich vorkommenden Uranerzen erreicht hat. Transmutation ist die einzige bekannte Methode, mit der man diese Zeit entscheidend verkürzen kann, mit der also langlebige Radionuklide in kurzlebige oder stabile Nuklide umgewandelt werden können. Schnelle Neutronen spielen dabei eine wichtige Rolle. Sie können seit kurzem am Elektronenbeschleuniger ELBE in Rossendorf erzeugt werden. Transmutationen von Atomkernen finden auch im Kosmos statt: So werden alle chemischen Elemente oberhalb von Eisen im Periodensystem der Elemente durch Neutroneneinfang-Prozesse in Sternen oder Sternexplosionen gebildet. Auf die Umwandlung radioaktiven Abfalls übertragen bedeutet das, dass ein langlebiger schwerer Atomkern wie z.B. Plutonium oder Curium durch Beschuss mit schnellen Neutronen in kurzlebige oder stabile Reaktionsprodukte zerfallen kann. Nach weniger als 1.000 Jahren haben diese die meiste Radioaktivität verloren. Die Forschung konzentriert sich auf Experimente mit Neutronen im Energiebereich bis zu einigen Millionen Elektronvolt. Es handelt sich um den typischen Energiebereich für Neutronen in schnellen Reaktoren.

Am FZD werden die Neutronen mit Hilfe des intensiven Elektronenstrahls am ELBE-Beschleuniger erzeugt. Dabei wird der Elektronenstrahl auf flüssiges Blei gelenkt und dort abgebremst. Diese technologisch sehr komplexe Experimentieranordnung wurde gemeinsam von den FZD-Instituten für Sicherheitsforschung und für Strahlenphysik aufgebaut. In ihr werden pro Sekunde bis zu 10 Billionen Neutronen erzeugt. Mit Hilfe von speziellen Detektoren kann die Flugzeit der Neutronen und damit ihre Geschwindigkeit und Energie präzise bestimmt werden. Das Experiment verwendet dazu als weltweit einziges einen Elektronenstrahl von bis zu 500 kHz Wiederholrate, das bedeutet, dass 500.000 Mal in der Sekunde ein schneller Neutronenpuls auf die Probe gelenkt werden kann. Zusammen mit der geringen Flugstrecke von nur fünf Metern kann somit eine sehr hohe Neutronenintensität erzeugt werden.

 

Quelle: https://www.weltderphysik.de/gebiet/teilchen/nachrichten/2008/transmutationsforschung-in-dresden-rossendorf/