Radioaktivität Forschende beschreiben Chemie des Reaktormülls in Fukushima

Ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung des Paul Scherrer Instituts (PSI) hat die chemischen Eigenschaften der gefährlichsten radioaktiven Trümmer des Kernkraftwerks Fukushima charakterisiert. Das soll sichere und effiziente Aufräumarbeiten ermöglichen.

Elf Jahre nach der Reaktorkatastrophe in Fukushima sind die Aufräumarbeiten noch alles andere als weit fortgeschritten, und der radioaktive Brennstoff produziert immer noch viel Hitze. Pro Tag braucht es 150 Kubikmeter Kühlwasser, das anschliessend selbst radioaktiv belastet ist und auf dem Gelände gesammelt wird. «Langsam wird der Platz knapp», sagte Umweltwissenschaftler Daniel Grolimund vom Paul Scherrer Institut im Gespräch mit der Nachrichtenagentur Keystone-SDA.

Eine so rasch als mögliche Bergung des radioaktiven Materials aus dem zerstörten Reaktor tut deshalb Not. Doch bis heute gebe es kaum gesicherte Kenntnisse über die bei der Kernschmelze entstandene Materialien, so Grolimund. Zumindest teilweise hat er diese Lücke nun gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen der britischen Universität Sheffield schliessen können. Beruhend auf einem Experiment mit einem «Mini-Fukushima» berichten sie im Fachmagazin «Nature Materials Degradation» von der chemischen Zusammensetzung des Trümmermaterials.

Rezept für Brennstofftrümmer

Für das Experiment bauten die Forschenden das Kernkraftwerk Fukushima quasi nach, in der Grösse einer Kaffeetasse. Anhand der Erkenntnisse über die in den Reaktoren von Fukushima verwendeten Materialien habe man quasi ein Rezept für die Brennstofftrümmer entwickeln können, sagte Studienleiterin Claire Corkhill, Professorin an der Universität Sheffield, gemäss einer Mitteilung des PSI.

So nutzen die Forschenden unter anderem Zement, Stahl und andere Metalle sowie als Brennstoff abgereichertes Uran, um den Reaktor so nahe als möglich nachzubilden. Danach simulierten sie die Katastrophe: Sie liessen Mini-Fukushima im Ofen schmelzen, unter denselben Bedingungen, wie sie sich vor elf Jahren in Japan tatsächlich abgespielt hatten.

Untersucht unter PSI-Mikroskop

Das so entstandene Material wurde anschliessend an einer speziellen Experimentierstation der Synchrotron Lichtquelle Schweiz am PSI – der microXAS Strahllinie – untersucht. Diese ermöglicht, ähnlich einem Mikroskop, einen tiefen Blick in die Materie. So gelang es den Forschenden, die potenzielle Verteilung von Plutonium und anderen radioaktiven Elementen in den Trümmermaterialien zu bestimmen.

Für robotergestützte Rückholaktionen sei dies von grösster Bedeutung, sagte Grolimund. Denn selbst Roboter können sich nicht lange in den hochradioaktiven Trümmern aufhalten, ohne dass die Elektronik versagt. Mit dem Wissen, welche Trümmerteile viel radioaktives Material enthielten, könne man diese gezielt und effizient bergen. «Andere Teile hingegen, die radioaktiv harmlos sind, kann der Roboter vorerst liegen lassen und spart somit Zeit», so der PSI-Forscher.

Generell lasse sich sagen, dass die chemischen und physikalischen Eigenschaften des Schmelzmaterials von zentraler Bedeutung seien für die Bergung, Zwischenlagerung, Verarbeitung und Lagerung des radioaktiven Abfalls aus den zerstörten Reaktoren.

Die Erkenntnisse der Forschenden sollen denn auch in eine Bergungsmission des japanischen Unternehmens Tokyo Electric Power Company einfliessen, das eine robotergestützte Untersuchung der Trümmer in Reaktor 1 in Auftrag gegeben hat.

https://doi.org/10.1038/s41529-022-00219-3