Rechnerische Bestimmung von Aktivierungsaktivitäten eines wassermoderierten, kleinen modularen Kernreaktors
Kleine modulare Reaktoren (Small Modular Reactors, SMR) werden international als mögliche Ergänzung bestehender Energieinfrastrukturen entwickelt. Unter ihnen bilden leichtwassergekühlte Varianten die größte Gruppe. Die meisten SMR-Konzepte unterscheiden sich insbesondere durch ihre kompakte Bauweise, eine geringere Leistung und integrierte Komponenten von konventionellen Druck- und Siedewasserreaktoren. So sind in einem Referenzmodell (NuScale-Druckwasserreaktor(DWR)-Konzept) Reaktorkern, Dampferzeuger und Druckhalter in einem gemeinsamen Druckbehälter vereint.
Potenziell stärkere Aktivierung
Die Integration mehrerer Systeme in einem einzigen Druckbehälter können in Verbindung mit weiteren abweichenden konstruktiven Merkmalen (beispielsweise verändertes Oberflächen‑Volumen‑Verhältnis, Reflektor‑ und Dampferzeugergeometrien) dazu führen, dass vergleichsweise mehr Neutronen den Reaktorkern verlassen. Man spricht dabei von einer erhöhten relativen Neutronenleckage. Daraus ergibt sich eine potenziell stärkere Aktivierung von Strukturen in der Nähe des Kerns – ein Thema, das für Betrieb, Rückbau und Entsorgung von besonderer Bedeutung ist.
„Wir wollen verstehen, wie sich die Neutronenverteilung verändert – und was das für spätere Abfallpfade bedeutet.“
Oliver Bartos,Projektleiter
Was das Projekt leistet
Im Rahmen des Forschungsprojekts analysieren Expertinnen und Experten der GRS die Neutronenleckage des ausgewählten LW‑SMR‑Konzeptes und vergleichen sie mit der eines konventionellen Leichtwasserreaktors. Anschließend werden die daraus resultierenden Aktivierungsprozesse quantifiziert – also jene Veränderungen in den Materialien, die entstehen, wenn Atomkerne der Bauteile Neutronen aufnehmen und sich dadurch in andere, zum Teil radioaktive Isotope umwandeln.
Der Blick richtet sich also nicht nur auf das Reaktorkonzept selbst, sondern auf die sicherheitsrelevanten Fragestellungen, die sich über den gesamten Lebenszyklus einer Anlage hinweg stellen – bis hin zu Fragen der Abfallbehandlung und -entsorgung. Bei den Arbeiten wird die GRS im Rahmen eines Unterauftrags durch die TÜV SÜD Energietechnik GmbH Baden‑Württemberg unterstützt.
„Unsere Analysen sollen dazu beitragen, frühzeitig belastbare Daten für den sicheren Umgang mit Abfällen aus neuen Reaktorkonzepten zu gewinnen.“
Oliver Bartos,Projektleiter
Bedeutung für Sicherheit und Entsorgungspfade
Die Erkenntnisse sollen dabei helfen, internationale Entwicklungen im Bereich der fortgeschrittenen Reaktorkonzepte sicherheitstechnisch fundiert zu bewerten. Durch die modellbasierte Analyse können Unterschiede zur heute etablierten Technik identifiziert und eingeordnet werden.
Dazu gehört etwa die Frage, wie stark spezifische Komponenten aktiviert werden, welche Radionuklide relevant sind oder welchen Abfallkategorien die späteren Materialien voraussichtlich zugeordnet werden müssen. Diese Informationen sind essenziell, um Entsorgungsstrategien, Zerlegeverfahren oder Konditionierungskonzepte vorausschauend planen zu können.
Projekt-Highlights Stilllegung und Rückbau
Fachleute der GRS arbeiten mit Verbundpartnern in einem durch das Bundesforschungsministerium geförderten Forschungsprojekt daran, das Wissens- und Projektmanagement im Bereich Rückbau- und Genehmigungswesen zu verbessern und die Prozessführung mit praxisnahen Lösungen auf heutige Gegebenheiten anzupassen. Konkret werden eine hybride Lernplattform mit Virtual- und Augmented-Reality-Elementen für die Aus- und Weiterbildung von Fachpersonal, eine KI-basiertes System für ein rückbauspezifisches Wissensmanagement und eine digitale Plattform für Genehmigungsprozesse entwickelt.
Das Mineral Graphit wird in manchen Reaktortypen verwendet und kann durch Neutronenstrahlung aktiviert, also in radioaktive Isotope umgewandelt werden. Um eine geeignete Entsorgungsoption auszuwählen, muss der Graphit radiologisch gründlich untersucht werden. Viele Messmethoden sind jedoch verhältnismäßig aufwändig und produzieren wiederum selbst neue radioaktive Abfälle. Ein Forscherteam der GRS und der Uni Köln entwickelt daher eine Methode, mit der Reaktorgraphit schnell und zuverlässig charakterisiert werden kann.