Simulation soll bei Aufräumarbeiten in Fukushima helfen

In der in der Fachzeitschrift Nature Materials Degradation veröffentlichten Studie haben Forschende unter der Leitung von Professorin Claire Corkhill vom Fachbereich Materialwissenschaften und Ingenieurwesen der Universität Sheffield in Zusammenarbeit mit Forschenden der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS eine Simulation der extrem radioaktiven Brennelemente in den beschädigten Reaktoren des 2011 havarierten Kernkraftwerks von Fukushima entwickelt. Es ist die erste Studie, die den Verbleib von Plutonium in den Brennelementtrümmern untersucht.

Anhand des Simulationsmaterials können die Behörden nun, fast 11 Jahre nach der Katastrophe, erstmals mehr über die chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften der Trümmer erfahren und sichere Strategien für deren Beseitigung entwickeln.

Die Beseitigung und sichere Lagerung des radioaktiven Schutts, der in den drei Reaktoren von Fukushima zurückgeblieben ist, gilt als eine der grössten Herausforderungen im Rahmen des Stilllegungsprozesses. Solange das Brennmaterial dort verbleibt, muss es gekühlt werden, wobei Millionen Kubikmeter radioaktives Wasser anfallen. Dieses kontaminierte Wasser soll ins Meer eingeleitet werden, was umstritten ist.

Da die Trümmer jedoch so hoch radioaktiv 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 Wasser ansammelt.

Vorwärts mithilfe von Robotern und Simulation

Die Tokyo Electric Power Company hat nun eine robotergestützte Untersuchung der Trümmer in Reaktor 1 in Auftrag gegeben, die zusammen mit dem neuen, von den Sheffielder Forschenden entwickelten Simulationsmaterial zu einem besseren Verständnis der von der Katastrophe hinterlassenen Trümmer beitragen könnte.

Professorin Claire Corkhill, Inhaberin des Lehrstuhls für die Zersetzung von Kernmaterial an der Universität Sheffield, sagt: «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.

«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.

Das Simulationsmaterial wurde im Rahmen eines vom Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) finanzierten Projekts in Zusammenarbeit mit der japanischen Atomenergiebehörde im Rahmen des britisch-japanischen Forschungsprogramms für zivile Nuklearpartnerschaften entwickelt.

Die von Claire Corkhill an der Universität Sheffield geleitete Forschung unterstützt den Prozess der Bergung von Brennelementtrümmern und hilft bei der Entscheidung darüber, was mit dem geborgenen Material geschehen soll. Die Ergebnisse der an der microXAS Strahllinie der SLS durchgeführten Messungen sind dabei von zentraler Bedeutung.

Text auf Basis einer Pressemitteilung der Universität Sheffield