Transmutation-eine Möglickeit zur Vernichtung hochradioaktiven Abfalls

Dr. Annette Heinzel

Forschungszentrum Karlsruhe GmbH,

Institut für Hochleistungsimpuls- und Mikrowellentechnik (IHM)

Durch die Transmutation sollen die in Kernreaktoren entstandenen radiotoxischen langlebigen Isotope, wie Plutonium und die Minoren Aktinide, in kurzlebige oder stabile Kerne umgewandelt werden. Die Transmutation findet in einer unterkritischen Reaktoranordnung statt, wobei flüssige Blei bzw. Blei-Wismut Legierungen als Spallations- sowie als Kühlmittel vorgesehen sind. Sie wird die Endlagerung wesentlich vereinfachen und unproblematischer werden lassen. Trotz neutronenphysikalischer und thermodynamischer Vorteile sind bisher weder Pb noch seine Legierungen in einem zivilen Reaktor eingesetzt worden, da die Schmelzen Legierungsbestandteile aus Stahl heraus lösen. Um einen Dauerbetrieb zu gewährleisten, müssen die durch flüssiges Pb und PbBi auftretenden Korrosionsprobleme an potentiellen Strukturwerkstoffen wie austenitschen und martensitischen Stählen beherrscht werden. Untersuchungen zeigen, dass ein Aufbringen bzw. Aufwachsen einer oxidischen Schutzschicht als Diffusionsbarriere den Korrosionsangriff durch das Flüssigmetall hemmt. Um stabile Oxidschichten auf den Stählen aufwachsen zu lassen muss Sauerstoff in geringen Konzentrationen im Flüssigmetall gelöst werden und diese Konzentration während des Betriebs kontrolliert werden. Die sich bildenden Oxidschichten müssen eine gute Haftfestigkeit auf dem Strukturmaterial und eine gute Hemmung gegen die Diffusion von Kationen und Anionen in der Oxidschicht gewährleisten, damit die Wachstumsgeschwindigkeit der Oxidschicht gering bleibt. Dies kann durch die Legierungszusammensetzung, d.h. durch die an der Oberfläche des Stahls vorhandenen Oxidbildner beeinflusst werden. Als geeignet haben sich hier vor allem Al-haltige Oberflächenlegierungen bewährt.

Im Vortrag wird das Konzept der Transmutation vorgestellt, die technischen Schwierigkeiten bei der Entwicklung einer Transmutationsanlage erläutert und im speziellen ein Lösungsweg zur Beherrschung der Materialprobleme in solchen Anlagen aufgezeigt.