Längere Laufzeiten für europäische Kernkraftwerke

Rund um Deutschland entstehen neue Kernkraftwerke und werden die Laufzeiten für vorhandene Anlagen verlängert. Deshalb ist es wichtig, dass auch in Zukunft deutsche Experten die Sicherheit der Kernkraftwerke in unseren Nachbarländern bewerten können, unabhängig vom Ausstiegsbeschluss der deutschen Regierung.

So sind auch Wissenschaftler aus Deutschland an dem von der Europäischen Union mit rund 2,7 Mio. Euro geförderten Projekt LONGLIFE beteiligt. Die Projektpartner haben untersucht, wie Druckbehälter von Kernkraftwerken altern und präsentieren ihre Ergebnisse auf einem internationalen Workshop, an dem über 70 Experten aus aller Welt teilnehmen. Das EU-Projekt wurde vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) koordiniert.

Europäische Kernkraftwerke sind in der Regel für einen Betrieb von circa 40 Jahren ausgelegt. Unabhängig von der Energiewende und dem damit verbundenen Ausstiegsbeschluss in Deutschland werden weltweit die Voraussetzungen für längere Laufzeiten der Kernkraftwerke (60 bis 80 Jahre) geschaffen.

Auch bei längeren Laufzeiten dürfen Alterungseffekte in den Reaktormaterialien die Sicherheit der Kernkraftwerke nicht beeinträchtigen. Der Zustand der Werkstoffe wird daher regelmäßig überwacht. Im Laufe des Betriebs verändern die Reaktormaterialien durch die hochenergetische Neutronenstrahlung, die bei der Kernspaltung im Reaktor entsteht, allmählich ihre mechanischen Eigenschaften und verlieren an Zähigkeit – sie werden spröde. Dieser Versprödungseffekt wird durch die auf atomarer Ebene stattfindende Wechselwirkung der Neutronen mit dem Metallgitter der Werkstoffe hervorgerufen und spiegelt sich etwa im Bruchverhalten von Materialproben wider.

Bei längeren Laufzeiten sind die Materialien insgesamt einer höheren Neutronendosis ausgesetzt. Welchen Einfluss hat dies auf die Materialien? Sind die Verfahren und Vorhersagemodelle, mit denen die Versprödung bisher überwacht wird, auch für den Langzeitbetrieb von Kernkraftwerken geeignet oder müssen sie angepasst werden? Diese Fragen standen im Mittelpunkt des EU-Projektes LONGLIFE, an dem 16 Partner aus neun europäischen Ländern beteiligt gewesen sind.

Die Versprödung im Langzeitbetrieb wurde anhand einer Vielzahl unterschiedlich bestrahlter Materialproben, die von den Projektpartnern bereitgestellt wurden, untersucht. Dabei können die mechanischen Eigenschaften bestrahlter Werkstoffe nur in „heißen Zellen“, wie sie am HZDR vorhanden sind, getestet werden. Besonders interessiert sind die Forscher dabei an dem Einfluss, den die Intensität der Bestrahlung (der sogenannte Neutronenfluss) in einer bestimmten Zeit auf die Materialien hat. So zeigen Materialien, die über viele Jahre mit einem niedrigen Neutronenfluss bestrahlt wurden, andere Veränderungen auf atomarer Ebene als Werkstoffe, die über einen kürzeren Zeitraum einem hohen Neutronenfluss ausgesetzt waren. Dieser und andere für die Langzeitbestrahlung bedeutsamen Effekte können nun bei der Überwachung der Alterung der Materialien berücksichtigt werden. Eine entsprechende Richtlinie wurde im Rahmen von LONGLIFE erarbeitet.

Weitere Informationen:
Dr. Eberhard Altstadt
Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung im HZDR
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Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf | Bautzner Landstr. 400 | 01328 Dresden
Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) forscht auf den Gebieten Energie, Gesundheit und Materie. Folgende Fragestellungen stehen hierbei im Fokus:
• Wie nutzt man Energie und Ressourcen effizient, sicher und nachhaltig?
• Wie können Krebserkrankungen besser visualisiert, charakterisiert und wirksam behandelt werden?
• Wie verhalten sich Materie und Materialien unter dem Einfluss hoher Felder und in kleinsten Dimensionen?

Zur Beantwortung dieser wissenschaftlichen Fragen werden Großgeräte mit einzigartigen Experimentiermöglichkeiten eingesetzt, die auch externen Nutzern zur Verfügung stehen.

Das HZDR ist seit 2011 Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten Wissenschaftsorganisation Deutschlands. Es hat vier Standorte in Dresden, Leipzig, Freiberg und Grenoble und beschäftigt rund 1.000 Mitarbeiter – davon ca. 500 Wissenschaftler inklusive 150 Doktoranden.