Wird Atomkraft wieder en vogue?

Die schleppende Energiewende und die beschleunigte Erderwärmung rücken die Atomkraft wieder in den Fokus. Beflügelt wird die angestrebte Renaissance der Atomkraft durch Publikationen, nach denen es längst Baupläne für außerordentlich sichere und „Atommüll-arm“ arbeitende
Reaktoren gibt. Ist das greifbare Realität oder nur eine blauäugige Vision? | Von Prof. Dr. Peter Schönfeld

folgt uns für weitere News

Ich hatte in der Schule das Glück, auf einen Lehrer zu treffen, der in mir ein lebenslanges Interesse für die Naturwissenschaften einpflanzte. Im Unterricht zeigte er einmal ein kleines Teil, dass wie das Okular eines Mikroskops aussah. In seinem Inneren befand sich ein Stecknadelkopf, der in einen gelblichen Boden gespießt war. Das Aufregende an dem Teil war, dass auf dem Stecknadelkopf etwas radioaktives Uran aufgebracht war. Dessen Radioaktivität löste am Boden winzige Lichtblitze aus. Das war meine erste Begegnung mit der Radioaktivität, für die unsere Sinne blind sind. Später wurde mein Interesse an dieser Physik durch ein Buch mit dem Titel „Heller als tausend Sonnen“ wieder entflammt. Robert Jungk, ein in den Sechzigern des vorigen Jahrhunderts sehr bekannter Zukunftsforscher, beschrieb darin die Motivationen der am Bau der ers-ten Atombombe (Manhattan-Projekt) beteiligten Wissenschaftler. Nach den Atombombenabwürfen bekannte der Projektleiter Robert Oppenheimer: Wir haben die Arbeit des Teufels gemacht.

Das Schicksal der Radium Girls

Nach der Entdeckung der Radioaktivität vor etwas mehr als hundert Jahren ging man zuerst recht unbefangen mit ihr um. So wurde Radium (das „Strahlende“) als Medikament gegen Gicht, Verstopfung, Heuschnupfen oder Potenzschwäche beworben. Verkauft wurden aber nicht nur radiumbenetzte Herrenunterhosen, sondern auch radiumhaltige Butter. Die Verwendung radiumhaltiger Leuchtfarbe (Undark) für die Zifferblätter von Uhren und Armaturen wurde zum Verhängnis für viele junge Arbeiterinnen, deren Leben oft durch einen frühen Krebstod endete. Diese „Radium Girls“ trugen die Leuchtfarbe mit einem Kamelhaarpinsel auf die Zifferblätter auf, den sie immer mit dem Mund „anspitzten“. Nach einem langjährigen Prozess gegen die US Radium Corporation erhielten die Überlebenden unter diesen „Radium-Girls“ eine Entschädigung von je 140.000 Dollar (nach heutiger Bewertung) und eine lebenslange Rente zugesprochen.

Warum lebt es sich neben einem Atomreaktor gefährlich?

Beim Beschuss von Atomkernen von Uran-235 mit langsamen Neutronen bilden sich hauptsächlich Cäsium-137, Iod-131 und Strontium-90 als Spaltprodukte. Die Spaltprodukte werden vom Körper aufgenommen, weil das Cäsium sich chemisch wie das Kalium unserer Zellen verhält, das Jod sich in der Schilddrüse anreichern kann und das Strontium sich wie sein kleiner Bruder, das Calcium, in die Knochen einbaut. Das allein wäre allerdings ohne Folgen. Aber die aufgenommenen Atome senden im Körper energiereiche Strahlung aus. Diese Strahlung ist eine Gefahr für die Genbibliothek der Zellen (DNA). Durch die Strahlung kommt es in der DNA zu Mutationen, die Veränderungen in den Bauplänen für die Eiweiße des Körpers auslösen. In der Folge können Körperzellen zu Tumorzellen transformiert werden. Um das Risiko dafür zu verringern, enthalten Hausapotheken in der Schweiz in Nähe von Kernkraftwerken Jodtabletten. Im Fall eines Störfalls kann mit diesen zumindest die Aufnahme des strahlenden Jods in die Schilddrüse reduziert werden.

Zu ernsten und schweren Atomunfällen kam es bereits Ende der Fünfziger des letzten Jahrhunderts. Diese wurden aber durch Katastrophen mit einem Supergau, wie der von Tschernobyl (1986) oder Fukushima (2011), in den Schatten gestellt. In dem einen Fall war die Ursache ein waghalsiges Experiment der Betreiber, in dem anderen eine Naturkatastrophe. Gemeinsam ist beiden Unglücken, dass durch den Fallout riesige Flächen für Generationen kontaminiert wurden. Im Zusammenhang mit Tschernobyl erinnere ich mich an den mit radioaktivem Molkepulver beladenen Zug, der wochenlang durch Deutschland irrlichterte. Bayerische Kühe hatten auf kontaminierten Wiesen geweidet. Das Pulver kaufte schließlich das Bundesumweltministerium dem Hersteller ab und ließ es danach von der Bundeswehr bewachen. Fukushima war der Auslöser für den Beschluss des Bundestages und des Bundesrates, alle deutschen Kernkraftwerke bis 2022 vom Netz zu nehmen.

Ökoaktivisten haben unterschiedliche Meinungen

Vor einiger Zeit las ich über einen andauernden Streit zwischen einer Frau und einem Mann. Ein intergeschlechtlicher Streit ist ja nun eigentlich wirklich nichts Besonderes, außer er wird zwischen zwei nicht miteinander verheirateten Ökoaktivisten über die Klimawende ausgetragen. Die Frau, ihrer Orientierung nach grün und links, hat einen Sitz im Vorstand des Pro-Atom-Vereins Nuklearia, was allein schon für die Grünen ein rotes Tuch ist. Der Mann, ein Ur-Aktivist der Anti-Atomkraft-Bewegung, hatte 2008 mit einem vernichtenden Sicherheitsgutachten über den Kugelhaufenreaktor auf sich aufmerksam gemacht. Vor wenigen Monaten haben beide dazu aufgerufen, die Abschaltung der noch verbliebenen deutschen Atomkraftwerke auf 2030 zu verschieben, da nach ihrer Einschätzung die erneuerbaren Energien noch in den Kinderschuhen stecken. Dadurch gefährdet der für 2022 geplante Ausstieg aus der Kernenergie hochgradig die Energiewende. Durch das Fehlen von Energie-Großspeichern kann ein Energiemangel ohne Atomkraft nur durch den Rückgriff auf fossile Energiequellen ausgeglichen werden. Dem Konsens zwischen den beiden ging ein wüster Zank voraus. So hatte die Frau u. a. angemerkt, dass das Uran für die Atomkraftwerke auch aus dem Meerwasser gewonnen werden kann, wo-rauf der Mann erwiderte, dass die Nazis schon versucht hätten, aus Meerwasser Gold zu gewinnen. Übrigens, die Gleichsetzung von Atomfreund mit Hitler-Fan ist eine oft geschwungene Keule bei Auseinandersetzungen um das Für und Wider der Atomkraft. Zur Richtigstellung: Es war der jüdische Nobelpreisträger Fritz Haber, der es sich in der Weimarer Republik zur Aufgabe gemacht hatte, mit seinen Mitarbeitern Gold aus dem Meer zu gewinnen. Damit wollte er einen Beitrag zur Abzahlung der im Versailler Vertrag festgelegten Reparationszahlungen von 263 Milliarden Mark leisten.

Wie wird aus einem Brennstab eine radioaktive Fackel?

Aber auch nach Abschaltung der Kernkraftwerke gibt es ein riesiges Problem, das radioaktive Erbe, das keiner haben will. Und dieser Atommüll strahlt mehrere 100.000 Jahre. Weltweit wächst die Masse der verbrannten, strahlenden Brennstäbe um 260.000 Tonnen pro Jahr. Wie wird nun aber aus einem wenig strahlenden Brennstab eine radioaktive Fackel? Dazu müssen wir einen Blick auf die Atomkerne des Urans werfen. In den Brennstäben gibt es davon zwei verschiedene Atomkerne, wenige vom Uran-235 (maximal 5%) und viele vom Uran-238. Wenn der Atomkern von Uran-235 von einem langsamen Neutron getroffen wird, zerplatzt er, Energie und relativ kurzlebige, strahlende Spaltprodukte werden freigesetzt. Anders verhält sich der Atomkern von Uran-238 (Ordnungszahl 92). Dieser „verschluckt“ zuerst das Neutron, danach wandeln sich zwei seiner zahlreichen Neutronen in je ein Proton um. Dadurch entsteht aus dem Uran das Plutonium-239 (94), ein Transuran, also ein Element mit einer größeren Ordnungszahl jenseits des Urans. Auf ähnliche Weise entsteht aus dem Uran das Neptunium (93) und das Americium (95) aus dem Plutonium. Curium (96) bildet sich aus Plutonium durch Aufnahme eines Helium-Atomkernes. Durch das „Erbrüten“ der Transurane im Reaktorbetrieb, werden die Brennstäbe immer strahlender und immer länger strahlend. Nach einer Schätzung hat sich in Deutschland bis zur Abschaltung des letzten Kernkraftwerkes allein die Menge an Plutonium und Americium auf etwa 170 Tonnen erhöht.

Ist die moderne Alchemie der Ausweg?

Die derzeitigen Bemühungen um den Fortbestand bzw. eine Renaissance der Atomkraft werden von verführerisch-optimistischen Publikationen begleitet. Darin kann man u. a. lesen, dass es zukünftig kein größeres Problem mehr mit dem Atommüll geben wird und die Reaktorsicherheit nicht mehr von der Wachsamkeit der Kraftwerksbetreiber und Naturlaunen abhängen wird. Es gibt nämlich längst Konzepte für einen solchen Kernreaktor und die Inaktivierung von eingelagertem Atommüll. Betrachten wir zuerst das Letztere.

Die Bildung der Transurane im Atomreaktor erinnert an ein nie erreichtes Ziel der mittelalterlichen Alchimisten – Blei in Gold zu verwandeln – die Transmutation. Heute ist dieses durch Beschuss von Elementen mit langsamen Neutronen möglich geworden. Es gibt aber auch die Option, die beim Reaktorbetrieb gebildeten Transurane durch Beschuss mit schnellen Neutronen wieder in kurzlebig strahlende und nicht-strahlende Spaltprodukte zu zerlegen. Auf diese Weise wird Plutonium-239 (Halbwertszeit 24.000 Jahre) in ein kurzlebiges Cäsium (Halbwertszeit 2 Jahre) und ein nichtstrahlendes Ruthenium umgewandelt. Eine technologische Umsetzung der Transmutation im Tonnenmaßstab ist allerdings eine gewaltige Herausforderung. Die erste Hürde besteht in einer großen Sauerei. Vergleichbar mit der Arbeit des Ehepaares Curie, die aus hunderten Kilogramm der Pechblende auf nasschemischem Weg 5 mg Radium isoliert haben. Die in ausgemusterten, zermahlenen Brennstäben enthaltenen Transurane müssen zunächst mittels Chemie extrahiert werden. Anlagen dafür gibt es in Europa nur in Frankreich (La Hague) und in England (Sellafield). Danach müssen die isolierten Transurane in Pellets eingeschlossen werden, um diese schlussendlich dem Bombardement der Neutronen auszusetzen. Sollte dieses im großtechnischen Maßstab gelingen, könnte die Menge des Atommülls bis auf ein Sechstel reduziert werden und sein Verschluss auf 5 bis 2.000 Jahre verkürzt werden.

Gegenwärtig wird unter großem finanziellen Aufwand von der EU nahe der belgischen Stadt Mol eine Pilotanlage („Myrrha“) für den Neutronenbeschuss des extrahierten Atommülls errichtet. Als Laie kann man nur erahnen, welche Probleme dabei von Technikern und Physikern bewältigt werden müssen, um allein schnelle Neutronen zu erzeugen. Mit einfachen Worten ausgedrückt, ein Teilchenbeschleuniger muss hoch energetisierte Protonen erzeugen, die dann auf eine Blei-Wismut-Schmelze geschossen werden. Diese setzen in der Schmelze schnelle Neutronen frei. Diese Neutronen müssen anschließend gebündelt werden, um dann die Transurane-Pellets wirksam zu beschießen. Eins ist jedenfalls klar, bis zum Einsatz einer leistungsfähigen Technologie wird es ein weiter Weg sein. Trotzdem hat die von der Bundesregierung eingesetzte Ethikkommission „Sichere Energieversorgung“ empfohlen, einen Teil des noch nicht versiegelten Atommülls auf rückholbare Weise zu lagern.

Der Flüssigsalzreaktor

Der italienische Nobelpreisträger Carlo Rubbia hat bereits vor 40 Jahren einen Reaktortyp gebaut, der die Transurane während des Reaktorbetriebs inaktiviert, allerdings mit einem sehr geringen Wirkungsgrad. Nach einer Publikation des Online-Magazins „Novo Argumente für den Fortschritt“ (31.07.2020) soll das Problem mit den Transuranen jetzt mit dem sogenannten Zwei-Flüssigkeiten-Reaktor (Dual-Fluid-Reaktor) gelöst sein. Nach eigenem Verständnis versteht sich das Magazin als Plattform, die sich gegen „Volkserzieher, professionelle Panikmacher, Technokraten und jeden, der meint, weniger Freiheit wäre die Antwort auf die Herausforderungen unserer Zeit“ wendet. Es gibt auch die Sicht, dass das Magazin „pathologisch industriefreundlich“ ist. Nun zurück zum Reaktor. Bei diesem gibt es keine Brennstäbe, denn er wird mit einem verflüssigten Salzgemisch von „Natur-Uran“ oder dem häufigeren Thorium betrieben. Die spaltbaren Atomkerne werden während des Reaktorbetriebs fortlaufend „erbrütet“. Zusätzlich soll der Reaktor wie ein Müllschlucker arbeiten und so den vorhandenen Atommüll verbrennen können. Der Reaktor verspricht auch mehr Sicherheit, weil er seine Aktivität selbst reguliert. Wird die Salzschmelze durch die Kernspaltungen zu heiß, dehnt sie sich ähnlich einer Flüssigkeit aus. Dadurch nimmt die Neutronendichte ab und die Spaltungen verringern sich. Entsprechend seiner Namensgebung arbeitet der Reaktor mit zwei „Flüssigkeiten“. Eine davon ist die Brennstoffsalz-Schmelze, die andere ist das im externen Kühlkreislauf eingesetzte geschmolzene Blei. Das alles klingt recht gut und es gibt auch ein Deutsches Patent für den DFR-Reaktor. Es muss aber auch gesagt werden: ES GIBT AUF DER GANZEN WELT NOCH KEINEN PROTOTYP DIESES REAKTORS. ALL SEINE BESCHRIEBENEN VORZÜGE STEHEN BISHER NUR AUF DEM PAPIER. Dazu auch noch einen Kommentar von Harald Lesch: „Die technischen Probleme mit Reaktoren sind groß, die ethischen Probleme der Kernkraft sind sehr groß. Und wenn man sich einmal überlegt, was machen wir eigentlich in den Kernkraftwerken? Wir setzen die stärkste Kraft im Universum frei, um Wasser heiß zu machen. Ich denke, wir können was Besseres machen.“

Ein störungsfrei arbeitender Kernreaktor, der nur kurz strahlenden Atommüll hinterlässt, ist nicht in Sicht oder vielleicht sogar eine Illusion. Ob sich der eingelagerte Atommüll merklich durch Transmutation verringern lässt, kann zum jetzigen Zeitpunkt auch nicht gesagt werden. Trotz der starken Bedenken gegenüber der Atomenergie, gibt es aber Stimmen bei den Grünen, die angesichts des schneller werden Klimawandels hinter vorgehaltener Hand sagen, dass man „das falsche Schwein geschlachtet habe.“

Vielleicht gefällt dir auch