Gibt es Anforderungen an die Reinheit des Berylliums, das in Fusionskraftwerken eingesetzt werden soll?

Ausführliche Antwort

➚ Beryllium spielt, zumindest international, bei Fusionsreaktoren eine wichtige Rolle, hauptsächlich in der ersten Wand des Reaktors, die das Plasma umgibt (BlanketAm Plasma angrenzendes Bauteil im Fusionsreaktor innerhalb des Vakuumgefäßes). Diese Wand muss extremen Temperaturen von über 100 Mio. Grad und dem Neutronenbeschuss standhalten. Beryllium ist ein effizienter Neutronenmoderator, da es die schnellen Neutronen, die während der Fusionsreaktion entstehen, verlangsamen kann und Beryllium relativ unempfindlich gegenüber Neutronenaktivierung ist. Neben dieser vielen für den Kernphysiker vorteilhaften Eigenschaften ist Beryllium jedoch toxisch.

Und Beryllium gibt es auch nur mit Verunreinigungen von Transuranen. Nimmt man z.B. an, dass in einem Fusionskraftwerk 300 bis 400 t Beryllium mit 20 bis 100 ppm Uran verbaut worden sind, dann sind es in Summe immerhin 6 bis 40 kg Uran, die einem enormen Neutronenbeschuss ausgesetzt sind. Somit ist bei der späteren Aufarbeitung des Berylliums nicht nur das dann enthaltene Tritium relevant, sondern auch die Aktivierungsprodukte der Verunreinigungen mit sehr langen Halbwertszeiten (1).

Im Jahr 2023 hat man sich im ➚ITER Projekt entschieden, anstelle von Beryllium Wolfram zu verwenden. Aus einer Konzeptstudie zum Umgang mit aktiviertem Beryllium weiß man, dass international keine Erfahrung zur Endlagerung von Beryllium vorliegen (2). Ob die Fusionsforscher bei der Auswahl von Wolfram auch den Aspekt der Endlagerung im Auge hatten, bleibt für die Autoren dieser FAQs offen.

Nach Aussagen des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt (3) ist das Interesse an Beryllium in Deutschland angeblich jedoch gering:

„Vor einigen Jahren galt Beryllium noch als vielversprechender Werkstoff für die sogenannte erste Wand, also den Teil des Reaktors, der am stärksten den bei der Fusionsreaktion freigesetzten, schnellen Neutronen ausgesetzt ist. Inzwischen sind, soweit dem BMFTR bekannt, alle wesentliche Akteure von Beryllium zugunsten von Wolfram abgerückt.“

„Aktuell gibt es Abwägungen, ob man Blei oder Beryllium als Moderator verwenden wird. Blei wird aktuell deutlich favorisiert, zumindest bei klassischen Ansätzen von festen Blankets. Dem BMFTR ist als Alternative lediglich der Ansatz des Bostoner Unternehmens Commonwealth Fusion Systems (CFS) bekannt, der die Verwendung eines Gemisches aus LiF und BeF₂ (FLiBe) vorsieht. Bei diesem Konzept wären tatsächlich mehrere Tonnen Be pro Kraftwerk im Einsatz. Für die Planungen in Deutschland spielt dieser Ansatz jedoch keine Rolle.“

Nun, es wird die nahe Zukunft zeigen, wofür sich die deutschen Forscher entschieden haben.

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