Gibt es Anforderungen an die Reinheit des Stahls, der in Fusionskraftwerken eingesetzt werden soll?

Ausführliche Antwort

Für den Bau von Fusionskraftwerken wie ITER sind erhebliche Mengen an Baumaterialien erforderlich, darunter auch große Mengen an Stahl. ITERInternational Thermonuclear Experimental Reactor selbst benötigt etwa 23 500 Tonnen Stahl (1) . Etwa 20 bis 30 % des gesamten Stahls in einem Fusionskraftwerk wird intensiver Neutronenstrahlung ausgesetzt. Verunreinigungen des Stahls können dabei durch Neutroneneinfang aktiviert werden. Diese aus den Verunreinigungen entstandenen Isotope bestimmen dann maßgeblich das später anzuwendende Abfallmanagement. Da die Radioaktivität nicht oberflächlich auf dem Stahl sitzt, helfen dann auch keine Dekontaminationsmaßnahmen.

EUROFER97 ist ein europäischer Stahl, bei dem radiologisch unerwünschte Elemente wie Molybdän (Mo), Niob (Nb), Nickel (Ni) und Cobalt (Co) durch ihre weniger zu aktivierenden Gegenstücke wie Tantal (Ta), Wolfram (W), Mangan (Mn) und Vanadium (V) ersetzt wurden. So muss z. B. der Gehalt des Schwermetalls ➚Niob (Nb) aus heutiger Sicht unter 1 ppm gehalten werden (2).

Achtung: Die obige Tabelle wurde im Jahr 2022 in (3) verwendet, zitiert aber eine Quelle aus dem Jahr 2019. Wahrscheinlich galt im Jahr 2019 für Niob (Nb) ein Grenzwert von 50 ppm. Nach den Autoren soll im Jahr 2022 aber Niob (Nb) schon 1 ppm unterschreiten. Falls dies kein redaktioneller Fehler in (4) war, dann sehen wir, dass die Anforderungen an den Stahl sehr dynamisch sind. Was heute von Fusionsforschern als gut befunden wird, könnte morgen schon nicht mehr stimmen.

Weiterhin sollte man wissen, dass sich die Anforderungen für das Abfallmanagement aus den Anforderungen nach dem sogenannten 10 µSv Konzept ergeben, nach dem über die ➚“Freigabe” radioaktiv belastetes Material wieder in die Stoffkreisläufe zurückgeführt werden soll. ➚Umweltverbände lehnen dieses Vorgehen jedoch prinzipiell ab.

Kirchlechner vom KITKarlsruher Institut für Technologie zufolge kann EUROFER97 nach einer Zwischenlagerung von 300 Jahren vollständig recycelt werden. Seine Radioaktivität soll bis dahin so weit abgeklungen sein, dass das Material bedenkenlos in den Wertstoffkreislauf zurückgeführt werden kann (5).

Eine weitere Schwäche des obigen Denkansatzes erkennt man an der Feststellung auf dem IAEAInternationale Atomenergie-Organisation Workshop “Entsorgungskonzept“ (Ende 2019) (3), dass für relevante Isotope (Beryllium (¹⁰Be), Aluminium (²⁶Al), Silicium (³²Si), Niob (⁹¹,⁹²Nb), Technetium (⁹⁸Tc), Cadmium (¹¹³ᵐCd), Zinn (¹²¹ᵐSn), Europium (¹⁵⁰Eu), Terbium (¹⁵⁷,¹⁵⁸Tb), Holmium (¹⁶³,¹⁶⁶ᵐHo), Hafnium (¹⁷⁸ⁿHf), Rhenium (¹⁸⁶ᵐ,¹⁸⁷Re), Platin (¹⁹³Pt), Bismut (²⁰⁸,²¹⁰ᵐ,²¹²Bi) und Polonium (²⁰⁹Po) IAEAInternationale Atomenergie-Organisation Empfehlungen für Freigabewerte fehlen und das schon mehr als ein Jahrzehnt (6). Somit sind unter Umständen die heutigen Anforderungen an die Reinheit des Stahls ungenügend. 

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