Pac-Kügelchen

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Pac-Kügelchen sind eine Verarbeitungsform für Kernbrennstoff. Die Bezeichnung leitet sich her von dem englischen Ausdruck sphere-pac (deutsch „Kugelpackungs-“) in sphere-pac fuel, „Kugelpackungsbrennstoff“.

Beschreibung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Brennstoff (meist ein Metall-Oxid oder Gemisch von Oxiden) wird als Schüttung aus annähernd kugelförmigen Partikeln in den Brennstab eingefüllt und durch Vibrieren verdichtet. Mit Kugeln in 2 bis 3 verschiedenen Größen mit Durchmessern zwischen etwa 1 % und 10 % des Hüllrohr-Innendurchmessers lassen sich genügende Schüttdichten erzielen. Dieses Verfahren hat verschiedene technische Vorteile gegenüber der konventionellen Methode, bei der das Material in Form von zylindrischen Pellets im Brennstab aufgestapelt wird.

Verwendung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Kugelpackungstechnik ist bei jeder Nuklidzusammensetzung des Brennstoffs anwendbar. Sie wurde zunächst zur Herstellung von thoriumhaltigem Brennstoff entwickelt, wird aber auch eingesetzt für MOX-Brennstoff, also Uran-Plutonium-Mischoxid, in dem aus der Wiederaufarbeitung gebrauchter Brennelemente gewonnenes Plutonium verwertet wird. (Dieses Plutonium enthält als Begleitelemente auch kleine Anteile von Americium und Curium. Daher kommt vermutlich der Irrtum, „Pac“ sei eine Abkürzung für „Plutonium-Americium-Curium“.)

Eine Sonderform der Kügelchen sind coated particles („ummantelte Teilchen“). Dieser Kügelchen-Typ ist umhüllt mit mehreren Schichten aus Graphit, in manchen Fällen zusätzlich auch Siliziumcarbid[1], die den Austritt von Spaltprodukten fast vollständig verhindern sollen[2]. Neuere Untersuchungen weisen jedoch aus, dass diffusionsbedingt bestimmte Radionuklide nicht ausreichend zurückgehalten werden können.[3] Dieser Brennstofftyp wurde, in Graphit eingebettet, in gasgekühlten Reaktoren, insbesondere Kugelhaufenreaktoren wie z. B. dem Kernkraftwerk THTR-300 verwendet.

Wirtschaftlich ist die Kugelpackungstechnologie allgemein dann, wenn das jeweilige Material bei der Verarbeitung wegen seiner Strahlung und der Kontaminationsgefahr fernbedient gehandhabt werden muss. Als zusätzlicher Vorteil wird in diesem Fall angeführt, dass die Kugeln in einem nasschemischen Verfahren und damit ohne Staubbildung hergestellt werden. Frisches, noch nicht mit Neutronen bestrahltes Uranoxid kann dagegen vom Fabrikationspersonal direkt gehandhabt werden. In diesem Fall ist die herkömmliche Pellet-Technologie kostengünstiger.

Fraglicher Zusammenhang mit Leukämiecluster Elbmarsch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Kleine Kügelchen wurden im Leukämiecluster Elbmarsch verteilt im Boden und auf Häuserdächern gefunden. Das Verhalten von Brennstoffkügelchen war am GKSS theoretisch erforscht worden,[4] für entsprechende Experimente gibt es jedoch keine Belege. Die Vermutung besorgter Bürger sowie von Umweltgruppen, es könnte sich bei den gefundenen Teilchen um radioaktive Pac-Kügelchen handeln, ist somit umstritten.[5][6][7]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Luigi Massimo, Physics of High-Temperature Reactors. Oxford usw.: Pergamon, 1976, S. ix
  2. Kurt Kugeler und Rudolf Schulten: Hochtemperaturreaktortechnik, Berlin: Springer, 1989, S. 4
  3. Rainer Moormann: A safety re-evaluation of the AVR pebble bed reactor operation and its consequences for future HTR concepts (Memento des Originals vom 24. Mai 2012 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/juwel.fz-juelich.de, 2008.
  4. „Die Kondensation von Cäsium in beschichteten Teilchen“, H. Luhleich, K. Penndorf und L. Sütterlin, Institut für Reaktorphysik der Gesellschaft für Kernenergieverwertung in Schiffbau und Schiffahrt, Geesthacht-Tesperhude, Atomkernenergie Jahrgang 13 (1968), Seite 171–175
  5. A. Gerdes, Elemental and U-Th-Pu isotope composition of soil and spherical particles from the Elbmarsch, Northern Germany. DMG, Hannover, 24.–26. September 2006, Beih. z. Eur. J. Mineralogy, 18.
  6. Stellungnahme der Strahlenschutzkommission (SSK): Bewertung von Messungen der ARGE PhAM zur Radioaktivität in der Elbmarsch@1@2Vorlage:Toter Link/www.ssk.de (Seite nicht mehr abrufbar, Suche in Webarchiven Info: Der Link wurde automatisch als defekt markiert. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis. , S. 48–56 (2003).
  7. Wolf Wetzel: Das Rätsel der Kügelchen. In: der Freitag vom 11. Mai 2007.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]