Entsorgung und kernfusion
Entsorgung
Die Entsorgung radioaktiver Abfälle ist bei allen deutschen Kernkraftwerken klar geregelt. Es gibt zwei Möglichkeiten mit dem radioaktiven Abfall umzugehen: die Wiederaufbereitung und die Endlagerung.
Hochradioaktive Abfälle, das sind ausgediente Brennelemente, werden längere Zeit - mindestens ein Jahr - in einem so genannten ,,Abklingbecken" direkt neben dem Reaktor im Sicherheitsbehälter in Wasser aufbewahrt. In dieser Zeit verringert sich ihre Strahlung auf etwa ein Dreißigstel, auch die Wärmeentwicklung geht zurück. Nach der Abklingzeit, die je nach Einsatzzeit des Brennelements auch über fünf Jahre hinausgehen kann, werden die Brennelemente entweder zur Wiederaufarbeitung oder in ein Zwischenlager gebracht.
Bei der Wiederaufarbeitung werden Spaltprodukte, Uran und Plutonium in einem chemisch-mechanischen Verfahren { PUREX-Verfahren} voneinander getrennt, wobei das Uran-235 und das Plutonium wieder zu neuen Brennelementen verarbeitet werden.
Die Spaltprodukte werden mit Glasmasse verfestigt und bilden den hochaktiven ,,Atommüll". Für mehrere Jahrzehnte werden sie in einem Zwischenlager gelagert, bis sie so weit abgekühlt sind, dass sie in ein Endlager gebracht werden können.
Viele Kernkraftwerke transportieren aber die Brennelemente nach fünfjähriger Abklingzeit in Castor- Behältern zu einem Zwischenlager, wo sie mehrere Jahrzehnte bleiben, ehe sie anschließend in ein Endlager gebracht werden. Castor-Behälter sind etwa sechs Meter lange runde Behälter aus Kugelgraphitguss mit einem Durchmesser von zweieinhalb Metern. Sie haben eine Wandstärke von etwa 40 Zentimetern. Diese sorgt dafür, dass die Strahlung, die von den Brennelementen ausgeht, niemandem in der Umgebung schaden kann.
Im Endlager werden die radioaktiven Abfälle so in geologisch stabiles Salz eingelagert, dass sie nicht mehr in unseren Lebensraum zurückkehren können. In den 50er und 60er Jahren wurden radioaktive Abfälle auch in Tonnen eingeschlossen im Meer versenkt. Diese Methode ist jedoch seit 1984 verboten, da sie eine starke Belastung für das Leben im Meer darstellt. Stillgelegte Salzstöcke hingegen gelten zur Endlagerung als relativ sicher.
Neben den verbrauchten Brennstäben fallen im Kernkraftwerk auch andere radioaktive Abfälle wie zerschlissene Schutzkleidung, Laborabfälle oder Filter an. Zusammen mit den Überresten der Brennstäbe wird dieser Müll in verschiedene Gefährlichkeitsgrade eingeteilt und entsprechend behandelt:
Die erste Gruppe stellen die leichtradioaktiven Abfälle dar.
Eingedampft, gepresst oder verbrannt werden diese Reste mit Beton oder Bitumen vermischt und in 200 Liter-Fässer abgefüllt.
Die mittelaktiven Abfälle bilden die zweite Gruppe, beispielsweise die zerkleinerten Hüllen der Brennstäbe. Sie werden ebenfalls in Fässer einzementiert.
Die hochaktiven Abfälle der dritten Gruppe, die 99% der Radioaktivität enthalten, erfordern eine drei- bis fünfjährige Lagerung um dann bei über 1000° C mit Glaspulver verschmolzen und in dickwandige Edelstahlbehälter gefüllt zu werden.
Kernfusion
Kernfusion ist die Verschmelzung zweier Atomkerne zu einem neuen Atomkern. Die Fusion leichter Kerne erlaubt die Gewinnung von Energie: Dieser physikalisch Vorgang ist die Energiequelle unserer Sonne.
Die Bedingungen, bei denen Kerne von Wasserstoff-Isotopen miteinander verschmolzen werden können, sind exotisch: Mehrere Millionen {auf der Erde sind es ungefähr 100 Millionen °C, in der Sonne "nur" 10 Millionen °C, weil der Druck da viel größer ist} Grad Celsius bei einer relativ hohen Dichte der als Plasma { 4.Aggregatzustand, à teilweise ionisiertes Gas, was aus Ladungsträgern besteht (Elektronen, Atomrümpfen oder Ionen)} vorliegenden Stoffe.
Um die Verschmelzung zweier Kerne zu erreichen, müssen diese nahe genug zusammengebracht werden, damit die anziehend wirkenden Kernkräfte - die sogenannte starke Wechselwirkung stärker werden, als die Abstoßung durch die gleichnamige (positive) elektrische Ladung der Atomkerne.
Mit steigender Dichte nimmt die Wahrscheinlichkeit zu, daß sich zwei Kerne nahe genug kommen. Bei hohen Temperaturen besitzen die Kerne höhere Bewegungsenergie, damit höhere Geschwindigkeiten, was ebenfalls dazu führt, daß die Abstände zwischen den Kernen klein genug werden können, wenn sie sich aufeinander zubewegen.
Symbolisch sieht dies für den Fusionsprozeß, der den einfachsten technischen Zugang verspricht, so aus:
DIE BEDEUTUNG DER FUSION FÜR UNSERE ZUKUNFT
Kernfusion, die Reaktion, die auch die Sonne antreibt, könnte die Menschheit mit einem sauberen und unendlichen Vorrat an Energie versorgen.
Der Weltenergiebedarf wird heute zu über neunzig Prozent aus fossilen Energiequellen gedeckt. Auch wenn Versorgungsengpässe in absehbarer Zeit nicht zu erkennen sind, so erfordern drohende Klimaschäden auf längere Sicht eine Änderung des weltweiten Energiesystems, um künftigen Generationen eine sichere und umweltverträgliche Energieversorgung zu ermöglichen.
Die Nutzung der Kernfusion bietet folgende Vorteile:
· Energieausbeute:
Der Jahresverbrauch eines Fusionskraftwerks mit einer Leistung von 1000 MW beträgt 100 kg Deuterium und 150 kg Tritium (aus 300 kg Lithium erbrütet). Es fallen also praktisch keine Transporte für die Brennstoffver- und entsorgung an.
· Brennstoffversorgung:
Deuterium ist zu ca. 0,015% im natürlichen Wasser enthalten und somit fast unbegrenzt verfügbar.
Tritium wird im Blanket des Fusionsreaktors durch Neutroneneinfang aus Lithium nach folgender Reaktionsgleichung erbrütet:
6Li + n - 4He + T
Lithium ist etwa gleichmässig in der Erdkruste vorhanden, der Gesamtvorrat wird auf 100 Millionen Tonnen geschätzt. Damit reichen die Brennstoffvorräte auf der Erde aus, um den Weltenergiebedarf über tausende von Jahren zu decken.
· Umwelteinfluss:
Ein Fusionsleistungsreaktor emittiert keine klimaschädlichen Gase. Die Materialforschung verfolgt das Ziel, niedrig aktivierende Materialien zu entwickeln, die nach einer Abklingzeit in der Grössenordnung von 100 Jahren den sog. "hands-on-level" erreichen, d.h.
nach diesem Zeitraum können diese Werkstoffe ohne Strahlenschutzmaßnahmen hantiert und wiederverwendet werden.
· Sicherheit
Trotz hoher Temperaturen von über 100 Millionen Grad hat das Plasma eine niedrige Leistungsdichte, die in etwa mit der einer Glühbirne vergleichbar ist. Daher kommt es bei Ausfall der Kühlung nicht zum Schmelzen von Strukturmaterialien.
Ein Fusionskraftwerk wird so ausgelegt, daß auch beim größten anzunehmenden Unfall die Strahlenexposition der Bevölkerung so gering bleibt, daß keine Evakuierung notwendig wird.
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