Russland: experimentelle Brennelemente mit Anteilen an radioaktiven Abfällen hergestellt

Ausgediente Brennelemente aus Leichtwasserreaktoren enthalten Uran und in geringer Menge auch Transurane sowie Spaltprodukte. Transurane entstehen während der Kernspaltung durch den Einfang von Neutronen aus Uran-238 und sie sind somit schwerer als dieses. Zu den Transuranen gehören neben Plutonium-239 auch die «minoren Aktinide» wie Am-241 und Np-237, Curium-Isotope, u.a. «Neptunium-, Americium- und Curiumisotope sind wegen ihrer Bedeutung für die Wiederaufarbeitung ausgedienter Brennelemente und die Entsorgung radioaktiver Abfälle besonders wichtig. Diese Elemente sind stark radioaktiv und giftig, erzeugen viel Wärme, haben lange Halbwertszeiten und sind die gefährlichsten Bestandteile der radioaktiven Abfälle», schrieb Rosatom. Ziel ist es daher, langlebiges Am-241 und Np-237 in kurzlebigere Fragmente umzuwandeln und damit Atommüll zu «vernichten» und auch mehr Nachhaltigkeit in der Kernenergie zu erzielen.

Das in ausgedienten Brennelementen enthaltene Plutonium lässt sich in Form von MOX-Brennstoff in Leichtwasserreaktoren weiterverwenden. Prinzipiell liessen sich auch die minoren Aktinide in einem mit schnellen Neutronen arbeitenden Kernreaktor wieder als Brennstoff nutzen. «Forschungsarbeiten zeigen, dass minore Aktinide aus ausgedienten Brennelementen unter dem Einfluss schneller Neutronen in Fragmente zerfallen, die ein recht breites Spektrum radioaktiver und stabiler Isotope repräsentieren. Das Gefährdungspotenzial der Fragmente ist im Allgemeinen viel geringer als das der ursprünglichen minoren Aktinide. Der Transmutationsprozess von minoren Aktiniden wird auch als ‹Nachverbrennung› in einem Reaktor bezeichnet», erklärte Rosatom. «Die Nachverbrennung von minoren Aktiniden ist der nächste Schritt zur Schliessung des Brennstoffkreislaufs, der nicht nur die Menge der radioaktiven Abfälle für die Endlagerung verringern, sondern auch deren Radioaktivität deutlich reduzieren soll», schrieb die Brennstoffherstellerin TVEL JSC mit Blick auf die geologische Tiefenlagerung.

Für den Brutreaktor BN-800, der mit solchen schnellen Neutronen arbeitet, wurden nun drei Test-Brennelemente (Lead Test Assemblies, LTA) hergestellt aus Uran-Plutonium-Mischoxid, die zusätzlich noch Am-241 und Np-237 enthalten. Dies erfolgte durch das Mining and Chemical Combine in Schelesnogorsk in der Region Krasnojarsk. «Die Brennstoffbündel wurden erfolgreich für einen Einsatz freigegeben und werden 2024 in den Schnellen Reaktor BN-800 des Kernkraftwerks Belojarsk geladen», so Rosatom. Der innovative Brennstoff werde dann im Pilotbetrieb während «drei Mikrokampagnen (ca. eineinhalb Jahre)» getestet. Das zugrundeliegende Programm «Balanced nuclear fuel cycle (NFC)», das 2021 begann, werde noch bis ins Jahr 2035 weiterlaufen. «Das Programm umfasst Projekte zur Trennung von minoren Aktiniden in verschiedene Bestandteile, ihre Zwischenlagerung, die Verwendung in Brennstoffen für Schnelle Reaktoren, den Betrieb mit solchen Brennstoffen, Studien zur Nachbestrahlung usw.», so Rosatom. Ziel sei es auch, die Reaktoranlage so zu optimieren, dass möglichst viel minore Aktinide verbrannt werden könnten.