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Als zylinderförmiges Objekt auf dem Bild sichtbar
ist das sogenannte Bleitarget, mit dem der Neutronenstrahl
abgebremst wird.
Foto: Dr. Christine Bohnet
3D-Ansicht vom Blei-Loop am
Neutronenstrahlexperiment nELBE.
Grafik: Jürgen Claussner
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Eines der Hauptargumente gegen Kernenergie als
Energiequelle ist der Abfall. Der gegenwärtig produzierte radioaktive
Abfall muss für mindestens 1 Million Jahre eingelagert werden, bis
seine Aktivität wieder die von natürlich vorkommenden Uranerzen
erreicht hat. Transmutation ist die einzige bekannte Methode, mit der
man diese Zeit entscheidend verkürzen kann, mit der also langlebige
Radionuklide in kurzlebige oder stabile Nuklide umgewandelt werden
können. Schnelle Neutronen spielen dabei eine wichtige Rolle. Sie
können seit kurzem am Elektronenbeschleuniger ELBE in Rossendorf
erzeugt werden. Transmutationen von Atomkernen finden auch im Kosmos
statt: So werden alle chemischen Elemente oberhalb von Eisen im
Periodensystem der Elemente durch Neutroneneinfang-Prozesse in Sternen
oder Sternexplosionen gebildet. Auf die Umwandlung radioaktiven
Abfalls übertragen bedeutet das, dass ein langlebiger schwerer
Atomkern wie z.B. Plutonium oder Curium durch Beschuss mit schnellen
Neutronen in kurzlebige oder stabile Reaktionsprodukte zerfallen kann.
Nach weniger als 1.000 Jahren haben diese die meiste Radioaktivität
verloren. Die Forschung konzentriert sich auf Experimente mit
Neutronen im Energiebereich bis zu einigen Millionen Elektronvolt. Es
handelt sich um den typischen Energiebereich für Neutronen in
schnellen Reaktoren.
Mit dem Experiment "nELBE" sollen zukünftig die inelastische
Neutronenstreuung, d.h. die Anregung von Atomkernen durch
Energieübertragung der Neutronen, sowie der Neutroneneinfang von
Atomkernen untersucht werden. In einem ersten Schritt sollen
nicht-radioaktive Materialien (wie z.B. Eisen oder Magnesium) mit
Neutronen beschossen werden, die für den Bau von neuen Reaktoren der
so genannten Generation IV in Frage kommen. Diese Reaktoren werden
weltweit derzeit diskutiert. Mit einer Flotte aus thermischen und
schnellen Reaktoren soll gleichzeitig Energie erzeugt und das Problem
des langlebigen radioaktiven Abfalls gelöst werden. Die Rossendorfer
Forscher wollen herausfinden, wie genau schnelle Neutronen mit Eisen
wechselwirken und im nächsten Schritt steht Strontium-88 als
nicht-radioaktiver Testfall für das Spaltprodukt Strontium-90 auf dem
Plan, um die Transmutierbarkeit von Spaltprodukten zu untersuchen.
Am FZD werden die Neutronen mit Hilfe des intensiven Elektronenstrahls
am ELBE-Beschleuniger erzeugt. Dabei wird der Elektronenstrahl auf
flüssiges Blei gelenkt und dort abgebremst. Diese technologisch sehr
komplexe Experimentieranordnung wurde gemeinsam von den FZD-Instituten
für Sicherheitsforschung und für Strahlenphysik aufgebaut. In ihr
werden pro Sekunde bis zu 10 Billionen Neutronen erzeugt. Mit Hilfe
von speziellen Detektoren kann die Flugzeit der Neutronen und damit
ihre Geschwindigkeit und Energie präzise bestimmt werden. Das
Experiment verwendet dazu als weltweit einziges einen Elektronenstrahl
von bis zu 500 kHz Wiederholrate, das bedeutet, dass 500.000 Mal in
der Sekunde ein schneller Neutronenpuls auf die Probe gelenkt werden
kann. Zusammen mit der geringen Flugstrecke von nur fünf Metern kann
somit eine sehr hohe Neutronenintensität erzeugt werden.
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