AbstractThere are three equally high "mountains" that have to be climbed until fusion power plants can produce electricity:
The study presents designs that touch problem areas 1 - 3.
In summary, the quality of the safety and waste assessment of the study is below the standard set by the fission reactor establishment. Thus the study fails to demonstrate that fusion power might be an attractive future alternative. |
ZusammenfassungEs gibt drei gleich große Hürden, die überwunden werden müssen, bis Fusionskraftwerke Strom erzeugen können:
Die Ausführungen zur
Die Analysen zur Beeinträchtigung der Umwelt wiederholen drei Jahrzehnte alte Aussagen. Die Qualität der Sicherheits- und Abfallanalyse dieser Studie liegt damit unterhalb des Standards, den das Spaltreaktor-Establishment an sich anlegt. Die Studie wird somit dem Auftrag nicht gerecht, eine zum Kernspaltungsreaktor alternative Zukunftsperspektive aufzuzeigen. |
"Die Sicherheitsüberlegungen gelten dem radioaktiven Tritium und den energiereichen Fusionsneutronen, welche die Wände des Plasmagefäßes aktivieren. Um die Folgen aller schweren Unfälle kennen zu lernen, wurden die beiden zeitnahen Modelle A und B genauer analysiert: Als Unfallauslöser wird der schlagartige und totale Ausfall der Kühlung angenommen; anschließend bleibt das Kraftwerk ohne jede Gegenmaßnahme sich selbst überlassen. Ergebnis: Die Störung der Betriebsbedingungen bringt über Plasmainstabilitäten den Brennvorgang sofort zum Erlöschen; die Nachwärme in den Wänden reicht nicht aus, um Bauteile stark zu schwächen oder gar zu schmelzen. Das Kraftwerk enthält auch keine andere Energiequelle, die seine Sicherheitshülle zerstören könnte. Die Hülle bleibt also stets intakt.Untersucht wurde nun, wie viel Tritium und aktiviertes Material durch den Temperaturanstieg mobilisiert und aus der Anlage entweichen könnte. Schließlich wurde - für ungünstigste Wetterbedingungen - die daraus resultierende radioaktive Belastung am Kraftwerkszaun bestimmt: Für Modell A und B kommt man auf Werte, die weit - ein bis zwei Größenordnungen - unter der Dosis liegen, ab der eine Evakuierung der Bevölkerung in der Nähe des Kraftwerks nötig wäre. Ähnliches gilt für Modell C, die Werte für Modell D liegen nochmals deutlich niedriger. Damit haben sich die aus früheren Studien bekannten attraktiven Sicherheitseigenschaften in der neuen Studie bestätigt: Katastrophale Unfälle sind in einem Fusionskraftwerk unmöglich." (Quelle: pro-physik.de, Europäische Studie zu künftigen Fusionskraftwerken, im Cache, 3. Februar 2006)
Die Aussage: "Das Kraftwerk enthält auch keine andere Energiequelle, die seine Sicherheitshülle zerstören könnte." ist nicht richtig: Ähnlich wie beim schnellen Spaltreaktor-Brüter ist bei einigen Fusionsreaktorentwürfen die Brutzone - ein Leitungssystem gefüllt mit flüssigem 83Pb-17Li, das kombiniertes Kühlmittel, Brutmaterial, Neutronenvervielfacher und Tritium-Trägermaterial ist (Jackson et al., im Cache) - verfahrenschemisch instabil bis explosiv.
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Flüssiges Lithium kann mit dem als Kühlmittel verwendeten Wasser reagieren (M.A. Abdou, "Overview of Fusion Reactor Blanket Designs and their Associated Technological Issues", 1996, im Cache). Diese Alkalimetall-Wasser-Reaktion ist der beim Schnellen Brüter ähnlich.
Bei der Auswertung der Tritium-Sicherheit fehlen also Aussagen über das unfallbedingte Schicksal des Tritiuminventars in der Brutzone.
Es liegt je nach Aufbau und Materialwahl bei größenordnungsmäßig 1 kg bis zu über 10 kg im Fusionsreaktor (Abbildung 1, Jackson et al., 1985, im Cache).
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Abbildung 1: "The steady state tritium inventory depends strongly upon the type of breeder material used."
(Quelle: Figure 2-3 in Jackson et al., 1985, im Cache) "For solid breeders it might be large, e.g. 10 kg or more, but for a 17Li-83Pb system it could be quite low, e.g. < 1 kg due to the low solubility of tritium in that system."
Damit ist die im Unfall möglicherweise aus dem Fusionsreaktor freigesetzte Tritiummenge mit dem globalen natürlichen Tritiuminventar mindestens vergleichbar (Abbildung 2).
Außerdem ist bei den im Blanket herrschen Temperaturen Stahl für Wasserstoff (also ebenso für Tritium) durchlässig.
Abbildung 2: Tritium in der Atmosphäre
(1 kg = 9.65 106 Ci, Nuclide Safety Data Sheet - im Cache)
Die Conceptual Study of Commercial Fusion Power Plants ("Studie") (im Cache) handelt die Tritiumtechnologie demgegenüber nur in einem Absatz von 15 Zeilen Länge ab, weshalb auch eine Tritiumextraktionsanlage technisch nicht spezifiziert wird.
"Auch die Abfallsituation wurde erneut untersucht: Das von den Fusionsneutronen aktivierte Material verliert seine Radioaktivität in allen vier Modellen relativ schnell. In hundert Jahren sinkt sie auf ein Zehntausendstel des Anfangswerts. Für das zeitnahe Modell B zum Beispiel ist hundert Jahre nach Betriebsende knapp die Hälfte des Materials nicht mehr radioaktiv und kann für beliebige Nutzung freigegeben werden. Die andere Hälfte könnte - entsprechende Techniken vorausgesetzt - rezykliert und in neuen Kraftwerken wieder verwendet werden: Eine Endlagerung wäre dann nicht nötig. Ähnliches gilt für die anderen drei Modelle." (Quelle: pro-physik.de, Europäische Studie zu künftigen Fusionskraftwerken, im Cache), 3. Februar 2006)
Die hier geforderte Geochemie hat aber meines Wissens noch immer gravierende Probleme mit
der Unsicherheit der relevanten Umweltparameter und Modelle. Mir scheint,
die daraus resultierenden Ungenauigkeiten in der Vorhersage der Radionuklidwanderung könnten durchaus die reaktorspezifischen
Unterschiede in der Zusammensetzung und Menge des radioaktiven Abfalls maskieren. Ein Beispiel wäre wieder die bereits erwähnte Akkumulation: Infolge einer bisher noch unbekannten und daher nicht kontrollierbaren Veränderung der geochemischen Verhältnisse kann sich eine sog. sekundäre Lagerstätte in der Biospären bilden. Diese wäre eine radiologische Gefahr für eine eng begrenzte Population, ohne daß zum Zeitpunkt der Abgabe des Abfalls die Clearance Levels überschritten worden wären.
Ein anschauliches Beispiel im Bereich des konventionellen, nichtradioaktiven Abfalls ist die beobachtete Beladung von Elbsedimenten mit Schwermetallen ("Bildung einer sekundären Lagerstätte"), die in der Vergangenheit in geringen Konzentrationen an das Flußwasser abgegeben wurden. Eine anschließende Erhöhung der Konzentration von Komplexbildnern (z.B. aus Waschmitteln) in der Elbe kann die Schwermetallinventare wieder aus den Sedimenten herauslösen. Deshalb wird die Komplexkonzentration in deutschen Flüssen beobachtet.
1. Rezyklierung von aktiviertem Material
Eine technische Realisierung der Rezyklierung von aktiviertem Fusionsreaktormaterial wird nicht ausgeführt (heiße Zellen und radioaktive Überwachungszonen in den Werkstätten). Ähnliches
hat man in den 50ger Jahren für den Spaltreaktorabfall diskutiert:
Verwendung der radioaktiven Isotope in Industrie, Handwerk, Medizin und
Verbrauchsgüter-Industrie. Man hat davon aber im Laufe der Zeit abgesehen, weil mit dieser Verteilung der Radioisotope eine hohe Populationsdosis verbunden gewesen wäre.
(Jeder Einzelne hätte nur wenig Strahlung erhalten, die Bevölkerung als Ganzes aber die gesamte mit den Abfall-Isotopen verbundene Strahlendosis. Solange man keine Schwelle der Geringdosis-Strahlenbelastung kennt, ist der Schaden unabhängig von seiner Verteilung.)
2. Notwendige Isolation des Abfalls
2.1 Vorgehen in der Studie
Die Studie geht bei der Bewertung des radioaktiven Abfalls folgendermaßen vor:
Implizit wird die auf diese Weise erhaltenene kurze Gefährlichkeit von Fusionsreaktorabfall als nachträgliche Legitimierung der Anwendung der Clearance Levels gewertet.
Nur die Hauptbestandteile des Reaktors werden radioaktiv. Dieser Teil der im Reaktor erzeugten Radioaktivität hat kurze Halbwertszeiten.
2.2 Kritik am Vorgehen der Studie
Welche Elemente im Reaktor aktiviert werden, wird nicht explizit spezifiziert, aber offensichtlich wurden nur die in der Tabelle II der Studie genannten Hauptelemente berücksichtigt. Das ist nicht Stand der Technik.
Zu den in der Studie vernachlässigten Elementen gehören
Verunreinigungen wie
Ergebnis:
Werden diese aktiviert und wertet man sie entsprechend der in der Studie genannten Kriterien aus, müssen sie größenordnungsmäßig Millionen von Jahren von der Biosphäre abgeschlossen werden.
Ergebnis:
Großtechnisch erzeugter radioaktiver Abfall muß entsprechend der Philosophie der internationalen Strahlenschutzkommission von der Biosphähre isoliert gelagert werden. Ebenso wie in Spaltreaktor-Abfallstudien (Beispiel: Geotrap-Programm (im Cache)) muß die Wanderung von Fusionsreaktorabfall zurück in die Biosphäre entsprechend dem Stand der Wissenschaft berechnet und dabei zeitliche und räumliche Variationen von geologischen und geochemischen Parametern berücksichtigt werden. Der abgekürzte Weg einer Beurteilung über falsch angewandte Clearance Levels ist nach den heutigen ICRP-basierten Gesetzen nicht zulässig.
III. Ausblick
Nicht die Energiequelle (Kernfusion oder Kernspaltung) und damit der Reaktortyp sondern
könnten die Endlagerproblematik bestimmen. Umweltveränderlichkeiten
und (geochemische und biologische) Akkumulationsprozesse legen die Elementkonzentrationen
in der Umwelt und der Nahrung fest, beeinflussen damit auch die vom Menschen
eingenommenen Elementaufnahmeraten.
(Details zu den Grenzen unserer geologisch/geochemischen Kenntnisse in der Tabelle
von Abschnitt B und im Summary von Abschnitt
C in Models of Contaminant Migration: The
Role of Chromatographic Models)
IV. Literatur
(1) Chlor ist ein Beispiel für eine Verunreinigung,
aus der im Fusionsreaktor ein langlebiges Folgeprodukt (Cl36) entsteht.
Im Fusionsreaktor aktiviertes Chlor muß etwa 1 Millionen Jahre von
der Geosphäre isoliert werden:
Die Aktivierungsreaktion ist
Cl35 (n, g) Cl36, Halbwertszeit von Cl36 ist T = 3.0 105 Jahre.Damit es wie natürliches Chlor mit dem Trinkwasser aufgenommen werden kann, darf es zum Zeitpunkt der Reaktorstillegung -wegen seines Cl36-Gehalts- nur in einer Konzentraton von weniger als cp = 8 10-5 g Cl pro L Wasser vorliegen. Natürliche Konzentrationen von Chlor liegen bei 10-3 ... 1 g/L. Fusionsreaktor-Chlor muß also mindestens für 3.6 T = 106 Jahre von der Biosphäre isoliert werden, bis es (in diesem Konzentrationsbereich) im Trinkwasser vorliegen darf.
(2) Molybdän ist ein Stahl-Legierungsbestandteil.
Aus ihm entsteht Technetium (Tc). Im Fusionsreaktor entstandenes Technetium
muß möglicherweise eine Millionen Jahre von der Geosphäre
isoliert werden:
Seine Aktivierungsreaktion im Fusionsreaktor ist(3) Ein Fusionsreaktor ist immer ein Brüter (für Tritium). Damit die Neutronenbilanz ausreichend fürs Brüten ist, braucht man Neutronenvervielfacher. Wismuth (Bi) ist ein Kandidat, hat aber auch ein langlebiges Aktivierungsprodukt. Im Fusionsreaktor aktiviertes Wismuth muß 2 Millionen Jahre von der Geosphäre isoliert werden:
Mo100 (n, 2n) Tc99, Halbwertszeit von Tc99 ist T = 2.1 105 Jahre.Technetium darf wegen seiner Radioaktivität höchstens in einer Konzentration cp = 2 10-5 g Tc pro L Trinkwasser vorhanden sein (Anmerkung 6 in Tabelle 3 des Vergleichspapiers).
Weil Technetium kein natürliches Element ist, ist sein durch die natürliche Geochemie gegebener Konzentrationsbereich im Trinkwasser unbekannt. Natürliche Konzentrationen des chemisch ähnlichen Mangan (Mn) liegen 10-3 g/L. Würde Technetium in ähnlichen Konzentrationen im Trinkwasser auftreten, müßte Fusionsreaktor-Technetium 5.6 T = 1 106 Jahre von der Geosphäre abgeschlossen bleiben.
Seine Aktivierungsreaktion im Fusionsreaktor ist
Bi209 (n, 2n) Bi208, Halbwertszeit von Bi208 ist T = 3.7 105 Jahre, cp = 9 10^-5 g/L Wasser. Wenn natürliche Wismuthkonzentrationen im Wasser bei 10-6 g/L liegen, muß Fusionsreaktor-Wismuth 6.5 T = 2 106 Jahre von der Geosphäre isoliert bleiben.