Ist es in Ordnung, Atommüll und abgebrannte Brennelemente aus Kernkraftwerken in den Krater eines aktiven Vulkans zu kippen? Was für eine schwarze Technologie ist ADS?

In Kernkraftwerken entsteht während des Betriebs zwangsläufig nuklearer Abfall, beispielsweise Brennelemente und Steuerstäbe, die mehrere Zyklen durchlaufen haben. Es gibt viele aktive Vulkane auf der Erde und die meisten davon befinden sich in unbewohnten Gebieten.

Können wir diesen Atommüll in einen Vulkan werfen und ihn dort verbrennen lassen? Oder fließt es entlang des Magmas in die tiefe Kruste und beseitigt die Radioaktivität?

Während des Betriebs von Kernkraftwerken fällt tatsächlich radioaktiver Abfall an. Bei hochradioaktivem Abfall handelt es sich hauptsächlich um verbrannten abgebrannten Brennstoff.

Das Hauptmaterial für Kernbrennstoffe ist der keramische Brennstoffkern aus Urandioxid. Der Schmelzpunkt von Urandioxid liegt im Allgemeinen bei 2800 Grad Celsius. Die Brennstabhülle besteht aus einer Zirkonium-Niob-Legierung. Dies liegt daran, dass Zirkonium-Niob-Legierungen eine gute Korrosionsbeständigkeit und gute mechanische Eigenschaften in Hochtemperatur- und Hochdruckwasser bei 300–400 Grad Celsius aufweisen. Es wird häufig zum Umwickeln von Brennstäben verwendet, reagiert jedoch mit Wasser, wenn die Temperatur 400 Grad Celsius übersteigt.

Tatsächlich ist die Temperatur von vulkanischem Magma nicht so hoch, wie alle denken. Die Temperatur von saurem Magma beträgt nur 650–850 °C, und die Temperatur von basischem Magma liegt bei nur etwa 1100 °C. Das heißt, wenn die Brennstäbe in den Krater geworfen werden, schmelzen sie überhaupt nicht und werden beim Ausbruch des Vulkans wieder auf die Erde geschleudert.

Vulkanasche kann fruchtbaren Boden liefern. In vielen Ländern bauen Landwirte in der Nähe von Kratern Getreide an. Der ausgestoßene Atommüll wird unweigerlich die Gesundheit der Menschen in der Umgebung beeinträchtigen. Handelt es sich um einen erloschenen Vulkan mit einem tieferen Krater, kann dieser als Endlager für Atommüll genutzt werden. Nachdem der Atommüll tief unter der Erde vergraben wurde, zerfällt er mit der Zeit auf natürliche Weise und die Radioaktivität nimmt ab.

Abbildung: Kernbrennelement

Ein weiterer Grund, warum Atommüll nicht für die Lagerung in aktiven Vulkanen geeignet ist, ist die Halbwertszeit, die radioaktivem Material innewohnt. Durch physikalische Veränderungen wie Schmelzen allein kann weder die Halbwertszeit radioaktiver Stoffe verändert noch die Radioaktivität beseitigt werden.

Atommüll ist radioaktiv, weil einige der darin enthaltenen radioaktiven Substanzen ständig auf natürliche Weise zerfallen. Eine physikalische Größe, die die Zerfallsgeschwindigkeit misst, wird Halbwertszeit genannt. Die Halbwertszeit radioaktiver Elemente im Atommüll beträgt Jahrzehnte bis Milliarden von Jahren. Unabhängig davon, ob das radioaktive Material in fester oder flüssiger Form vorliegt, ändert sich seine Halbwertszeit nicht, d. h. die Intensität der Radioaktivität ändert sich nicht.

Diagramm: Radioaktiver Zerfall

Der Grund, warum abgebrannter Brennstoff so schädlich ist, liegt darin, dass er hochradioaktive Elemente enthält, die für den menschlichen Körper äußerst schädlich sind. Der Atommüll, über den wir normalerweise mit Angst sprechen, bezieht sich hauptsächlich auf diese Kategorie. Nachdem der Kernbrennstoff im Reaktor durch Neutronenbeschuss eine Kernreaktion durchlaufen hat, werden die Brennelemente, deren Abbrandtiefe den Entladestandard erreicht, aus dem Reaktor entladen und als abgebrannter Brennstoff bezeichnet. Abgebrannter Brennstoff enthält eine große Menge an ungenutzten Wertstoffen wie 238U oder 232Th, unverbrannte und neu erzeugte spaltbare Materialien wie Pu239, U235 oder U233 sowie Transurane wie Np, Am und Cm, die bei der Bestrahlung von Kernbrennstoff entstehen, und die spaltbaren Elemente Sr90, Cs137, Tc99 usw.

Abbildung: Vergleich der Zusammensetzung vor und nach der Verbrennung *Quelle: World Nuclear Society

Wie also entsorgen wir diesen abgebrannten Brennstoff ordnungsgemäß?

Die Behandlung kann grob in zwei Kategorien unterteilt werden: Eine ist ein offener Zyklus, wie in den Vereinigten Staaten, Kanada, Schweden und anderen Ländern. Im Allgemeinen geht es darum, eine stabile geologische Zone für die Tiefenlagerung zu finden. Die zweite Möglichkeit ist ein geschlossener Kreislauf, wie ihn mein Land, Japan, Frankreich und andere Länder praktizieren, bei dem der abgebrannte Brennstoff getrennt und extrahiert wird und das darin enthaltene Uran und Plutonium zur erneuten Verwendung extrahiert wird. mein Land befindet sich noch in der Entwicklungsphase.

Abschließend möchten wir noch das berühmte fortschrittliche Kernenergiesystem ADS erwähnen, bei dem es sich um ein beschleunigergetriebenes unterkritisches System handelt. Wie aus dem obigen Bild ersichtlich ist, enthält der verbrannte abgebrannte Brennstoff nicht nur Uran und Plutonium, sondern auch andere radioaktive Stoffe. Nach der Extraktion von Uran und Plutonium aus abgebranntem Brennstoff sind darin immer noch radioaktive Abfälle wie beispielsweise Aktiniden enthalten. Die Halbwertszeit dieser radioaktiven Stoffe beträgt Jahrzehnte bis Milliarden von Jahren. Der vom Beschleuniger erzeugte Protonenstrahl bombardiert das Schwermetallziel (wie flüssiges Blei oder eine Blei-Bi-Legierung) im unterkritischen Reaktor und verursacht eine Spallationsreaktion, die dann durch intranukleare und extranukleare Kaskaden Neutronen erzeugt. Ein Proton mit einer Energie von 1 GeV erzeugt auf dem dicken Target etwa 30 Neutronen. Das Spallationsneutronentarget liefert exogene Neutronen für den unterkritischen Reaktor. Diese Neutronen lösen im Transmutationssystem die Transmutation des verbrauchten Brennstoffs aus und verkürzen so die Halbwertszeit der radioaktiven Substanz von Milliarden auf Hunderte von Jahren. Das ADS-System entspricht einer Verbrennungsanlage für abgebrannte Brennelemente und stellt die ideale Technologie zur Behandlung abgebrannter Brennelemente dar. mein Land hat gute Forschungsergebnisse erzielt.

Letzte Worte

Die Wiederaufbereitungstechnologie für abgebrannte Brennelemente ist tatsächlich ein Problem, das bei der Entwicklung der Kernenergie gelöst werden muss, und sie ist auch das Hauptziel der Angriffe vieler Menschen auf die Kernenergie. Allerdings wird der verbrauchte Brennstoff nicht einfach irgendwohin zurückgelassen, wie Atomkraftgegner behaupten. Sie müssen nicht denken, dass es immer widerspenstige Menschen gibt, die mir schaden wollen. In naher Zukunft wird das Problem der abgebrannten Brennelemente gelöst sein. Derzeit besteht ein enormer Druck, CO2-Neutralität und einen CO2-Spitzenwert zu erreichen. Angesichts der globalen Erwärmung ist die Kernenergie zwar nicht die beste Wahl, aber eine gute.