Wichtiger Brennstofftest für FRM II erfolgreich

Ein wichtiger Schritt für die Umstellung der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) der Technischen Universität München (TUM) auf niedrig angereicherten Kernbrennstoff ist gelungen: Zwei Brennstoffplatten aus einer monolithischen Uran-Molybdän-Legierung wurden erfolgreich bestrahlt. Damit ist nun erstmals ein Herstellungsprozess neuer Brennstoffe mit niedrig angereichertem Uran unter realistischen Bestrahlungsbedingungen erprobt.

Umrüstungsgruppe Wissenschaftler der Umrüstungsgruppe im Uranforschungslabor des FRM II. © Bernhard Ludewig, FRM II / TUM

Wissenschaftler der Umrüstungsgruppe im Uranforschungslabor des FRM II. © Bernhard Ludewig, FRM II / TUM

Die Brennstoffplatten wurden von der französischen Firma Framatome im Rahmen eines EU-Forschungsprojekts in Zusammenarbeit mit der TUM und weiteren europäischen Partnern hergestellt. Der Bestrahlungstest erfolgte über zwei Zyklen im BR-2-Reaktor des belgischen Forschungszentrums SCK CEN in Mol. Die Ergebnisse zeigen, dass die neu entwickelten Brennstoffplatten den Bestrahlungsbedingungen standhalten, wie sie im FRM II auftreten. Früher getestete Materialien hatten vergleichbare Tests nicht bestanden.

Genehmigungsantrag wird 2025 eingereicht

„Die Ergebnisse bestätigen unsere Strategie zur Umstellung auf einen niedrig angereicherten Brennstoff und sind ein wichtiger Datenpunkt für den Genehmigungsantrag, den wir noch in diesem Jahr bei den Behörden einreichen werden“, sagt Prof. Christian Pfleiderer, Wissenschaftlicher Direktor des FRM II. „Oberste Priorität hat für uns der sichere Betrieb des Forschungsreaktors. Gleichzeitig ist es unsere Aufgabe als internationale Großforschungsanlage, Wissenschaftlern aus aller Welt Neutronen für ihre Forschung zur Verfügung zu stellen – für Anwendungen in der Kernfusion bis zur Herstellung von Radioisotopen für die Krebstherapie.“

Das Design des Tests und die Fertigung der Platten sind Teil eines seit 2019 laufenden Entwicklungsprozesses. „Die Zusammenarbeit zwischen der TUM und Framatome, unterstützt von europäischen Partnern, ebnet den Weg für eine neue Generation sicherer und leistungsfähiger Brennstoffe für Forschungsreaktoren weltweit“, sagt Ralf Gathmann, Vizepräsident von CERCA bei Framatome.

Rechtliche Rahmenbedingungen

Die Entwicklung neuer Brennstoffe für den FRM II ist Teil internationaler Bestrebungen, Forschungsreaktoren auf den Betrieb mit weniger als 20 Prozent Uran-235 umzustellen. Auch die Betriebsgenehmigung des FRM II enthält die Auflage, den Reaktor umzurüsten, sobald ein geeigneter Brennstoff zur Verfügung steht. Seit 2003 arbeiten Forschende der TUM an entsprechenden Konzepten.

Nach einer intensiven Testphase fiel 2023 die Entscheidung, auf monolithisches Uran-Molybdän zu setzen, da es besonders dicht gepackt werden kann. „Seitdem haben wir das Kerndesign des niedrig angereicherten Brennstoffs weiterentwickelt und unter anderem die eingesetzte Brennstoffmasse reduziert. Damit bleibt in dem 60-Tage-Betriebszyklus die wissenschaftliche Leistungsfähigkeit des FRM II erhalten“, sagt der Professor für Angewandte Kerntechnologien, Christian Reiter, von der TUM School of Engineering and Design, der die Möglichkeit einer Umrüstung wissenschaftlich nachgewiesen hat.