Ein internationales Chemikerteam hat eine Methode entwickelt, mit der die Menge radioaktiven Abfalls deutlich reduziert werden kann. Der Lösungsansatz der Wissenschaftler: Kleine Kügelchen aus Polymeren, die Radioaktivität aus dem Wasser „herausfischen“.
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Atomenergie könnte vielleicht auf Dauer mithelfen unsere Energieprobleme zu lösen, wenn da nicht unter anderem die unerwünschten Nebenprodukte wären: die radioaktiven Abfälle. Dabei sind es nicht nur die ausgebrannten Kernstäbe, deren Entsorgung große Probleme bereitet. Im Reaktorbetrieb fallen auch umfangreiche Mengen an schwach radioaktiven Abfällen – vor allem kontaminiertes Kühlwasser – an. Dieses muss ebenfalls aufwändig unter Beachtung strengster Sicherheitsauflagen entsorgt werden.
Neue Methode entwickelt
Der Chemiker Börje Sellergren vom Institut für Umweltforschung der Technischen Universität Dortmund hat jetzt gemeinsam mit seinem Kollegen Sevilimedu Narasimhan vom Bhaha Atomic Research Center in Kalpakkam, Indien, ein Verfahren entwickelt, das dieses Problem lösen könnte. Die Forscher nutzen kleine Kügelchen aus speziellen Polymeren, um die Radioaktivität aus belastetem Wasser zu entfernen.
Wie die Radioaktivität ins Wasser kommt
In Druckwasserreaktoren, dem gängigsten Kernreaktor-Typ, zirkuliert heißes Wasser mit hohem Druck durch die Stahlrohre und löst dabei Metall-Ionen aus den Innenwänden der Rohre. Wenn das Wasser durch den Reaktorkern gepumpt wird, werden diese Ionen von Neutronen bombardiert.
Da die Rohre aus Stahl bestehen, handelt es sich bei diesen Ionen in den meisten Fällen um herkömmliche Eisen-Isotope (56 Fe), die bei Neutronenbeschuss nicht radioaktiv werden. Doch der Stahl in den Rohren ist für gewöhnlich mit Kobalt legiert. Und wenn diese Kobalt-Neutronen absorbiert werden, entsteht ein instabiles Kobalt-Isotop (60 Co), radioaktiv mit einer Halbwertzeit von über fünf Jahren.
„Molekulare Prägung“
Üblicherweise wird das Wasser mit Ionenaustauschern gereinigt. Doch diese Technik hat einen entscheidenden Nachteil, denn sie unterscheidet nicht zwischen nicht radioaktiven Eisen-Ionen und radioaktiven Kobalt-Ionen. Um dieses Problem zu beheben, suchten Sellergren und Narasimhan ein Material, das Kobalt bindet, während es Eisen ignoriert. Sie entwickelten ein spezielles Polymer, das mittels eines „Molekulare Prägung“ genannten Verfahrens erzeugt wird.
Dieses Polymer wird in einer Kobalt haltigen Umgebung erzeugt. Im Anschluss werden die Kobalt-Ionen mit Salzsäure extrahiert, also quasi „ausgewaschen“. Die dabei entstehenden Kobalt großen Löcher – die Prägung – sind in der Lage, in anderen Umgebungen Kobalt, und nur Kobalt, aufzunehmen. Das Ergebnis: Eine geringe Menge dieses Polymers ist so in der Lage, eine große Menge der radioaktiven Isotope abzuschöpfen.
Radioaktivität in kleinen Kügelchen konzentrieren
Das Wissenschaftlerteam arbeitet jetzt daran, aus dem Polymer kleine Kügelchen zu formen, die ein Reaktorkühlsystem durchlaufen können. Sie sind sich sicher, dass es wesentlich billiger wäre, Radioaktivität in diesen Kügelchen zu konzentrieren als größere Mengen schwach radioaktiven Abfalls zu entsorgen.
(idw – Technische Universität Dortmund, 30.11.2009 – DLO)
