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Jun 06, 2023

Das Idaho-Reaktorprojekt plant den Einsatz einer Bombe

Das sechsmonatige Molten-Chlorid-Reaktor-Experiment von TerraPower und Southern

Das sechsmonatige Experiment mit dem Reaktor für geschmolzenes Chlorid, das TerraPower und Southern Company im Idaho National Lab durchführen wollen, wäre ein seltener Fall, in dem hochangereichertes Uran für neue zivile Zwecke im Inland verwendet wird.

In einer ehemaligen Reaktoranlage im Materials and Fuels Complex des Idaho National Laboratory befindet sich das hochangereicherte Uran, das für das Experiment mit dem Molten Chloride Reactor verwendet werden soll. (Bildnachweis – Idaho National Laboratory, CC BY 2.0)

Dieser Artikel wurde mit geringfügigen Änderungen von der Physics Today-Website erneut veröffentlicht.

Im Widerspruch zur langjährigen Praxis der USA zur nuklearen Nichtverbreitung plant das Energieministerium, einen neuen zivilen Reaktor mit waffenfähigem hochangereichertem Uran (HEU) zu befeuern.

Laut einem im März veröffentlichten Entwurf einer Umweltverträglichkeitsprüfung würde das geplante sechsmonatige 200-Kilowatt-Thermal-Chlorid-Reaktor-Experiment (MCRE) im Idaho National Laboratory mehr als 600 Kilogramm HEU verbrauchen. Das Dokument geht auf die möglichen Auswirkungen des Projekts auf die Umwelt ein, bei dem von TerraPower und Southern Company außerhalb des Standorts gebaute Komponenten zum Einsatz kommen würden. Allerdings werden die Auswirkungen der Verwendung von HEU für nicht-verteidigungsbezogene Zwecke auf die Verbreitung nicht berücksichtigt, trotz der Bemühungen der USA, jeglichem Einsatz dieser Art weltweit ein Ende zu setzen.

„Die Vorstellung, dass die US-Regierung zu diesem Zeitpunkt einen eigenen HEU-betriebenen Forschungsreaktor bauen würde, ist ein Schlag ins Gesicht für die Nichtverbreitungsbemühungen, die die USA seit Jahrzehnten im Ausland und im Inland vorantreiben“, sagt Edwin Lyman, Direktor von Kernenergiesicherheit bei der Union of Concerned Scientists. „Es ist rätselhaft und sehr beunruhigend.“

Der MCRE soll ein Schritt in der Entwicklung des von TerraPower und Southern Company vorgeschlagenen Schnellreaktors für geschmolzenes Chlorid sein, der sowohl Strom als auch Prozesswärme für Industrien liefern würde, die schwer zu dekarbonisieren sind, wie etwa die Chemie- und Erdölraffinerie. Das DOE stellt 90 Millionen US-Dollar der 113 Millionen US-Dollar teuren MCRE-Projektkosten im Rahmen einer Auszeichnung im Jahr 2021 zur Verfügung, die auf die Entwicklung sicherer und erschwinglicher fortschrittlicher Reaktortechnologien abzielt. Die Unternehmen haben im TerraPower-Labor in Everett, Washington, eine Testanlage errichtet, um zur Weiterentwicklung der Technologie beizutragen.

Das Projekt der Unternehmen ist unabhängig von einem Schmelzsalzreaktor, den TerraPower und die Rocky Mountain Power-Abteilung von PacifiCorp in der Nähe eines bald stillgelegten Kohlekraftwerks in Wyoming bauen wollen. DOE hat diesem Projekt, bekannt als Natrium, 2 Milliarden US-Dollar zugesagt. Sowohl der Molten Chloride Fast Reactor als auch der Natrium-Schnellreaktor sollen mit hochanalytischem, niedrig angereichertem Uran-Brennstoff (HALEU) betrieben werden, der maximal 19,75 % an Uran-235 angereichert ist. Das liegt knapp unter der 20-Prozent-Grenze für HEU, die als Problem der Verbreitung gilt. Die meisten kommerziellen Reaktoren, einschließlich aller US-Energiereaktoren, werden mit auf etwa 4 % angereichertem Uran betrieben.

Das vorgeschlagene MCRE würde waffenfähiges HEU verwenden, das auf mehr als 90 % angereichert ist. Das HEU würde zu einer Salzschmelze vermischt, die sowohl den Brennstoff liefert als auch den Reaktorkern kühlt. Im Gegensatz zu Leichtwasserreaktoren, die Wasser verwenden, um Neutronen zu verlangsamen oder zu moderieren, um die Spaltung zu verstärken, würde der MCRE unmoderierte oder schnelle Neutronen verwenden. Die hochenergetischen Neutronen würden es dem Reaktor ermöglichen, weitaus mehr Uranbrennstoff als aktuelle Reaktoren zu verbrennen, ebenso wie viele der langlebigen transuranischen Elemente wie Americium, Plutonium, Curium und Neptunium, die in kommerziellen Kernkraftwerken landen Abfall.

In einer schriftlichen Erklärung ging das Büro für Kernenergie des US-Energieministeriums nicht direkt auf die Widersprüchlichkeit des MCRE mit der US-amerikanischen Nichtverbreitungspolitik ein. HEU sei notwendig, um die Reaktorgröße zu reduzieren und gleichzeitig sicherzustellen, dass Schlüsselphänomene wie Thermohydraulik und Neutronik dem kommerziellen Design ähneln. Würde MCRE mit HALEU betrieben, müsste der Reaktorkern etwa dreimal so groß sein und das 40-fache Volumen an Brennstoffsalz benötigen, erklärte das DOE. Dies würde die Baukosten, die Art und Menge der erzeugten radioaktiven Abfälle sowie die Menge an bestrahltem Brennsalz, die bis zur Wiederverwendung gelagert werden muss, erheblich erhöhen. Da jedoch die Verwendung von HEU im zukünftigen Schnellreaktor für geschmolzenes Chlorid nicht in Frage kommt, wären Tests eines HALEU-betriebenen MCRE vermutlich direkter auf den zukünftigen Reaktor anwendbar.

In letzter Zeit ist HALEU schwer zu bekommen. TerraPower gab letztes Jahr bekannt, dass sich sein Ziel für die Fertigstellung von Natrium im Jahr 2028 aufgrund der Nichtverfügbarkeit von HALEU um mindestens zwei Jahre verzögern wird. Das russische Unternehmen Tenex ist die weltweit einzige kommerzielle HALEU-Quelle, und TerraPower hat nach der russischen Invasion in der Ukraine seine Verbindungen zu dem Unternehmen abgebrochen. Das DOE verfügt jedoch über überschüssiges HEU, das es für Natrium und andere in der Entwicklung befindliche fortgeschrittene Reaktoren zu HALEU verdünnen könnte.

Das für die MCRE zu verwendende HEU wird in der Zero Power Physics Reactor-Anlage des Idaho-Labors gelagert (in der sich kein betriebsbereiter Reaktor mehr befindet) und würde nicht über die Laborgrenzen hinaus bewegt. Das DOE würde Eigentümer des HEU bleiben und es keinem anderen Reaktor zur Verfügung stellen. Die Abteilung stellte einen Unterschied zwischen der erwarteten sechsmonatigen Betriebsdauer von MCRE und der der meisten Forschungsreaktoren fest, die für die Durchführung jahrzehntelanger wissenschaftlicher Forschung ausgelegt sind.

In einer Erklärung sagte TerraPower, dass das MCRE, einschließlich der Verwendung und Handhabung von Kraftstoff, gemäß den Anforderungen des Idaho National Laboratory und des DOE genehmigt und betrieben werde. „Seit seinen Anfängen vor fast 15 Jahren hat TerraPower die Reduzierung von Waffenrisiken zu einem Grundprinzip gemacht“, sagte das Unternehmen. TerraPower wurde von Bill Gates mitbegründet, der derzeit Vorstandsvorsitzender ist.

Alan Kuperman, Koordinator des Nuclear Proliferation Prevention Project an der University of Texas in Austin, räumt ein, dass mit HALEU betriebene Reaktoren größer und teurer sind und mehr Atommüll produzieren. Aber er sagt, die USA hätten gegenüber anderen Nationen stets behauptet, dass die Vorteile der Nichtverbreitung durch den Verzicht auf HEU die zusätzlichen Kosten überwiegen. „Würden die USA eine Ausnahme für ein fremdes Land machen, das sechs Monate lang 600 Kilogramm HEU verstrahlen wollte? Natürlich nicht.“

Lyman weist auf die Möglichkeit hin, dass ein Insider das HEU während des Prozesses der Übertragung und Umwandlung des Materials aus dem Lager umleiten könnte. Die für das MCRE vorgeschlagenen 648 Kilogramm 93 % angereichertes Uran könnten theoretisch zur Herstellung von mehr als 100 nuklearen Sprengkörpern verwendet werden, wie aus einer Analyse von Experten des Natural Resources Defense Council aus dem Jahr 1995 hervorgeht.

Seit den 1970er Jahren wurden in den USA keine zivilen Reaktoren mehr für den Betrieb mit HEU gebaut. Die Nuclear Regulatory Commission ordnete 1986 die Umstellung aller zugelassenen HEU-betriebenen Forschungsreaktoren an, obwohl einige noch immer mit hochangereichertem Material arbeiten und auf die Umstellung auf niedrigangereicherte Brennstoffe warten. Im Jahr 1995 stornierte das DOE Pläne zum Bau eines Forschungsreaktors, der Advanced Neutron Source, am Oak Ridge National Laboratory, teilweise aufgrund von Einwänden gegen den vorgeschlagenen HEU-Brennstoff.

In öffentlichen Kommentaren, die er zur Umweltverträglichkeitsprüfung abgab, sagte Kuperman, dass die USA HEU in den letzten Jahrzehnten nur einmal erlaubt hätten, einen neuen Nichtverteidigungsreaktor zu befeuern: einen 2017 von der NASA durchgeführten stundenlangen Test eines mit 30 Kilogramm Waffen betriebenen Mikroreaktors. hochwertiges Uran. Drei Jahre später veröffentlichte das Weiße Haus ein Memorandum des Präsidenten, das HEU für künftige Weltraumreaktoren nahezu verbot.

Die USA weigerten sich auch, HEU für den deutschen Forschungsreaktor FRM-II bereitzustellen, der konzipiert wurde, nachdem die USA 1978 damit begonnen hatten, ausländische Forschungsreaktoren auf schwach angereichertes Uran umzustellen und ihren abgebrannten HEU-Brennstoff aus den USA zurückzunehmen. FRM-II, das 2005 eröffnet wurde, nutzte zunächst HEU-Reste aus den USA, die aus einem eingestellten deutschen Hochreaktorprojekt stammten. Schließlich wandte sich FRM-II an Russland, das keine Anstrengungen unternahm, um die zivile Nutzung von HEU zu verhindern. Im April genehmigte das Bayerische Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst einen Plan zur Umstellung von FRM-II auf HALEU-Brennstoff bis 2030. Das Argonne National Laboratory war an der Entwicklung des geringer angereicherten Brennstoffs des Reaktors beteiligt.

Im Dezember 2021 gab das DOE bekannt, dass es die letzte US-Lieferung von HEU an europäische Reaktoren zur Verwendung bei der Produktion des medizinisch wichtigen Isotops Molybdän-99 genehmigt hat. Dem folgte jahrelange Unterstützung durch das Energieministerium (DOE) bei der Umstellung dieser Produktionsreaktoren auf schwach angereichertes Uran.

Kuperman hat das DOE aufgefordert, eine umfassendere Überprüfung des MCRE vorzubereiten, die als Umweltverträglichkeitserklärung (Environmental Impact Statement, EIS) bekannt ist. Eine solche Analyse würde alternative Maßnahmen in Betracht ziehen, beispielsweise die Verwendung von HALEU anstelle von HEU. Kuperman sagt, dass das EIS eine Folgenabschätzung zur Nichtverbreitung umfassen sollte, ein Prozess, den das DOE in mindestens sechs früheren Projekten durchgeführt hat. Er möchte außerdem, dass ein EIS die Behauptung des Energieministeriums bestätigt, dass ein HALEU-betriebenes MCRE 40-mal so viel Brennstoffsalz benötigen würde.

Die Kommentierungsfrist für die Umweltbewertung des DOE endete am 14. April. Die Behörde plant, die Bewertung in diesem Sommer abzuschließen. Wenn es davon ausgeht, dass das MCRE keine nennenswerten Auswirkungen auf die Umwelt haben würde, wird das Projekt fortgesetzt.

FYI ist ein redaktionell unabhängiger wissenschaftspolitischer Nachrichtendienst des American Institute of Physics. Wenn Sie Interesse an einer erneuten Veröffentlichung dieses Inhalts haben, wenden Sie sich bitte an [email protected].