Pionierarbeit: Prototyp eines neuen Brennstoffs

Reaktorhalle Reaktorhalle der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) / TUM. © Bernhard Ludewig

Reaktorhalle der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) / TUM. © Bernhard Ludewig

Fortschritte bei der Herstellung eines niedriger angereicherten Brennstoffs mit monolithischem Uran-Molybdän: Technische Universität München (TUM) und Framatome arbeiten gemeinsam an der Entwicklung eines neuen Brennstoffs. Die ersten Prototypen werden Anfang 2021 hergestellt und sollen 2022 bereits in Produktion gehen.

Die Zusammenarbeit zwischen Framatome und TUM wurde im November 2019 beschlossen. Der Vertrag sieht ein gemeinsames Pilotprojekt zur Fertigung des monolithischen U-Mo-Brennstoffs mit einer Anreichung von 19,75% mit dem französischen Brennelemente-Fertiger Framatome vor. Es beinhaltet die Entwicklung einer Pilot-Fertigungslinie sowie damit die Herstellung von Brennstoffplatten für Bestrahlungsversuche. Diese Versuche sind zentraler Bestandteil der Qualifizierung dieses neuen Brennstoffs speziell für Forschungsreaktoren wie den FRM II in Europa.

Erste Ergebnisse für 2022 erwartet

Uranlabor Uranlabor zur Entwicklung eines neuen Brennstoffs an der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) / TUM. © Tobias Hase

Uranlabor zur Entwicklung eines neuen Brennstoffs an der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) / TUM. © Tobias Hase

Die Pilot-Fertigung wird am neuen Forschungs- und Entwicklungslabor von Framatome, dem „CERCA Research and Innovation Laboratory“, in Romans-sur-Isère in Frankreich aufgebaut. Sechs Spezialisten formen das Projektteam, darunter je ein Ingenieur und ein Doktorand der TUM. Der TUM-Doktorand wird ab Sommer 2020 direkt bei Framatome vor Ort an der Pilot-Fertigungslinie arbeiten. Diese wird bereits Anfang 2021 in Betrieb gehen und ab dem Jahr 2022 Brennstoff für Bestrahlungsversuche und die Qualifizierung liefern. In der Anfangsphase werden bestimmte Teilschritte noch aus den Laboren der TUM zugeliefert.

Zusammenarbeit mit Belgien und Frankreich

Diese Bestrahlungsversuche unternehmen TUM und Framatome im Rahmen europäischer Projekte, an denen auch die französische CEA, das französische Forschungsinstitut ILL und das belgische Nuklearforschungszentrum SCK CEN beteiligt sind. „Die Entwicklung dieses Brennstoffs ist ein großer Schritt nach vorne, mehrere internationale Teams forschen seit Jahren an dieser Aufgabe. Der Erfolg dieses Projekts wird weltweit von großer Bedeutung sein“, sagt Prof. Dr. Peter Müller-Buschbaum, wissenschaftlicher Direktor des FRM II.

Weltweit profitieren andere Forschungsreaktoren

Brennelement Brennelement der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) / TUM. © Framatome

Brennelement der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) / TUM. © Framatome

Der monolithische U-Mo-Brennstoff eröffnet nicht nur dem FRM II, sondern Forschungsreaktoren weltweit, neue Möglichkeiten zur Umrüstung auf niedrigere Anreicherung. „Wir bieten den Forschungsreaktoren einen alternativen Weg, wie sie den hohen Neutronenfluss für Forschung, Industrie und Medizin erhalten und gleichzeitig aber die Anreicherung des Brennstoffs senken können”, sagt Francois Gauché, Direktor von Framatome-CERCA.

Sobald dieser Brennstoff mit niedriger angereichertem Uran – idealerweise mit Anreicherung unter 20% – qualifiziert und industriell verfügbar ist, können Forschungsreaktoren wie der FRM II mit der Umrüstung beginnen.