Physik Strahlentherapie für Atommüll

Wenn sie Erfolg haben, löst sich das Endlager-Problem von allein: Frankfurter Physiker arbeiten daran, hochgiftigen, strahlenden Atommüll aus Kernkraftwerken unschädlich zu machen. Sie wollen die Lagerdauer von Uran verkürzen.

05.04.2012 06:37
Der Physiker Holger Podlech und der Prototyp eines Injektor-Bestandteils im Labor der Goethe-Uni auf dem Campus Riedberg. Fotograf: A. Arnold

Das Institut für Angewandte Physik steht ganz oben auf dem Campus Riedberg. Wenn Holger Podlech sich weit genug aus seinem Bürofenster lehnen würde, könnte er einen kleinen Zipfel von der Frankfurter Skyline erhaschen. Der Blick von der Anhöhe herunter auf die Stadt ist gigantisch. Doch die „richtigen“ Berge hängen an seiner Wand, der Pik Lenin in Kirgistan oder der Aconcagua in Argentinien.

Auf dessen fast 7000 Meter hohem Gipfel war der Physiker kürzlich. „Ich liebe die Herausforderung“, sagt der 44-Jährige – in der Freizeit und im beruflichen Alltag. Eine Art Gipfelerstürmung ist auch das Forschungsthema, mit dem sich Podlech, der im April erst an der Goethe-Universität zum Professor für Beschleuniger-Physik berufen wurde, seit nunmehr fast zehn Jahren befasst.

Zusammen mit seinem Team am Institut und mit Forschern europaweit arbeitet Podlech an einer Lösung, um hochgiftigen, strahlenden Atommüll aus Kernkraftwerken unschädlich zu machen. Durch ein spezielles Bestrahlungsverfahren – die sogenannte Transmutation – sollen die Halbwertszeiten des radioaktiven Abfalls von teils mehreren zehntausend auf wenige zehn Jahre verkürzt werden. Die Lagerzeit für abgebrannte Brennstäbe aus Reaktoren könnte deutlich verkürzt werden. „Das Problem der Endlagerung ließe sich so in den Griff bekommen“, glaubt er.

Mit Neutronen auf Abfälle schießen

Das Labor des Physiker-Teams liegt zwei Stockwerke tief im Keller des Gebäudes in der Max-von-Laue-Straße. Hier hängt das Teilstück eines Prototyps von der Decke, an dessen Entwicklung die Frankfurter seit mehreren Jahren arbeiten. Podlech und seine Kollegen sind beteiligt an der Konstruktion eines Teilchenbeschleunigers, der die hochgiftigen Abfälle mit schnellen Neutronen beschießt.

Podlech erklärt das Prinzip: Die größte Gefahrenquelle bei radioaktivem Müll stellen die Transurane – etwa Americium – dar. Durch den Beschuss mit Neutronen können Transurane, die eine Strahldauer von teils mehreren Millionen Jahren haben, in Elemente mit kürzerer Halbwertszeit umgewandelt werden.

Nötig dafür ist ein 250 Meter langer Linearbeschleuniger, der Protonen mit einer Spannung von 600 Millionen Volt auf 80 Prozent Lichtgeschwindigkeit bringt. Diese positiv geladenen energiereichen Teilchen treffen am Ende auf ein Ziel aus flüssigem Metall (Blei und Wismut), in dem die Abfälle wabenförmig in Brennstäben angeordnet sind – vergleichbar mit dem Reaktor eines Kernkraftwerks, nur ohne dessen typische unaufhaltsame Kettenreaktion.

Durch die Kollision entstehen schnelle Neutronen, die den giftigen und lang strahlenden Elementen des AKW-Mülls zu Leibe rücken. Mindestens ein halbes Jahr müssen die Abfälle Tag und Nacht so bestrahlt werden.

Die Frankfurter sind für das andere Ende zuständig, den Start des Teilchenstrahls in der Anlage, die Injektoren. Bei einem Auto wäre das mit der Zündung vergleichbar. Die 15 Meter langen „Protonenkanonen“ erzeugen den Teilchenstrahl. Es gibt zwei, die parallel betrieben werden, damit der Strahl nicht unterbrochen wird. Das Frankfurter Institut ist weltweit bekannt für die Entwicklung solcher Injektoren.

Forschung kostet Milliarden

In diesem Fall besteht die Konstruktion aus supraleitendem Material. Dafür verwendet wird Niob, so Podlech, ein Seltene-Erden-Metall, superteuer. Flüssiges Helium kühlt die Injektoren, die von einem Vakuum, flüssigem Stickstoff und raumfahrterprobten Folien geschützt werden, auf Minus 269 Grad.

Eingesetzt werden soll die neue Beschleunigertechnik in einer Anlage im belgischen Mol. Baustart soll 2015 sein, Inbetriebnahme 2021. Allein der Bau des europäischen Forschungsprojektes „MYRRHA“ (Multi Purpose Hybrid Reactor for High Tech Applications) kostet rund eine Milliarde Euro. Die Anlage soll den Einsatz der Transmutation erproben und kann den Atommüll eines Kraftwerks verarbeiten. „Das ist die Vorstufe für eine spätere industrielle Großanlage, die den Abfall von bis zu zehn Kernkraftwerken entsorgen könnte“, so Podlech.

Der Betrieb einer solchen Anlage koste zusätzlich um die 50 bis 100 Millionen Euro im Jahr. Aber sie würde die Strahlungs- und Lagerdauer von Atommüll von Millionen von Jahren auf rund 500 Jahre verringern, „die Zeitskala von geologischen zu historischen Dimensionen verschieben“, so der Professor. „Das ist auch noch lang, aber zaubern können wir leider nicht“, sagt er.

Podlech trägt sein Haar zu einem Pferdeschwanz gebunden, einen Ohrring im Nasenflügel und Outdoor-Kleidung. Er sieht aus, als gehörten Demos gegen Endlager wie in Gorleben zu seinem Alltag. Er lacht und schüttelt den Kopf. Nein, zur Anti-Atom-Bewegung zählt der Professor nicht. Im Gegenteil. „In Deutschland hat die Atomenergie nach Fukushima wahrscheinlich keine Zukunft, aber weltweit werden neue Anlagen gebaut“, sagt er.

140 Kernkraftwerke sind in Europa in Betrieb, weltweit sind es 440. Die produzieren jährlich 8000 Tonnen abgebrannte Brennelemente. „Und weltweit gibt es kein einziges genehmigtes Endlager, noch ist die gesellschaftliche Akzeptanz dafür gegeben“, sagt Podlech. Nach dem Beschuss durch Neutronen würde der Müll der Kraftwerke in eine Halle passen oder einen Bunker unter der Erde. Die Frankfurter Forschung kann in seinen Augen dazu beitragen, die Gefahren zu verringern.