PSI: Untersuchungen an Simulationsmaterial tragen zu Aufräumarbeiten in Fukushima bei

Bei den Kernschmelzen im Kernkraftwerk Fukushima im Jahr 2011 sind in drei Reaktoren unter extrem hohen Temperaturen hochaktive Brennelementtrümmer entstanden. Diese bestehen unter anderem aus plutoniumhaltigem Brennstoff, der Ummantelung der Brennstäbe, Teilen des Reaktordruckbehälters und Beton.

Das Beseitigen und sichere Lagern dieses radioaktiven Schutts ist eine der grössten Herausforderungen im Rahmen des Stilllegungsprozesses von Fukushima-Daiichi. Da die Trümmer so hochaktiv sind, ist es für Menschen und sogar für einige Roboter zu gefährlich, sich ihnen zu nähern. Das bedeutet, dass nur sehr wenig über die chemische Zusammensetzung bekannt ist, was die Aufräumarbeiten verlangsamt und dazu führt, dass sich noch mehr kontaminiertes Kühlwasser ansammelt.

So werden mehr Informationen zu den Trümmern gesammelt
Die Betreiberfirma des Kernkraftwerks, die Tokyo Electric Power Company (Tepco), hat nun eine robotergestützte Untersuchung der Trümmer im Reaktor von Block 1 in Auftrag gegeben. Zudem entwickelten Forschende der University of Sheffield unter der Leitung von Prof. Claire Corkhill Simulationsmaterial für die gefährlichsten radioaktiven Trümmer.  Prof. Corkhill, Inhaberin des Lehrstuhls Nuclear Material Degradation, erklärt das Vorgehen: «Anhand der Erkenntnisse über die in den Reaktoren von Fukushima verwendeten Materialien – beispielsweise Brennstoff, Ummantelung und Beton – konnten wir ein Rezept für die Brennstofftrümmer entwickeln.» Die Forschenden erhitzten diese Materialien auf die extrem hohen Temperaturen, die während des Unfalls herrschten, und stellten so eine Version mit geringer Radioaktivität her, die den Brennelementtrümmern entsprechen sollte.

Röntgenmikroskope des PSI geben Einblick
Dank des Simulationsmaterials erfahren die japanischen Behörden nun, fast elf Jahre nach der Katastrophe, erstmals mehr über die chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften der Trümmer: Forschende des PSI haben es untersucht. «Die Untersuchung dieses Materials mit den extrem hellen Röntgen-Mikroskopen an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz hat es uns ermöglicht, die potenzielle Verteilung von Plutonium innerhalb des Brennstoffs zu verstehen, was für die Rückholaktionen von grösster Bedeutung ist», sagt Daniel Grolimund, Verantwortlicher für die Strahllinie microXAS an der SLS.

Es ist die erste Studie, die den Verbleib von Plutonium in den Brennelementtrümmern untersucht. Die Studienergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Materials Degradation veröffentlicht. Sie tragen zu einem besseren Verständnis der von der Katastrophe hinterlassenen Trümmer bei, schreibt die University of Sheffield in einer Medienmitteilung. Das unterstütze den sicheren Bergungsprozess und helfe bei der Entscheidung darüber, was mit dem geborgenen Material geschehen soll.