08.05.2020 - Technische Universität München

Pionierarbeit: Prototyp eines neuen Brennstoffs

Neuer Brennstoff aus Uran-Molybdän-Legierung mit niedriger Anreicherung für Forschungs-Neutronenquelle

Die Technische Universität München (TUM) und Framatome arbeiten gemeinsam an der Entwicklung eines neuen Brennstoffs für die Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibniz (FRM II). Der Brennstoff soll aus niedrig angereichertem Uran-Molybdän (U-Mo) bestehen. Die ersten Prototypen sollen Anfang 2021 hergestellt werden. Sind die Tests erfolgreich, könnte die Produktion bereits 2022 beginnen.

Die Technische Universität München und der französische Brennelemente-Hersteller Framatome haben eine Zusammenarbeit mit dem Ziel vereinbart, neue, niedrig angereicherte Brennelemente für die Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz in Garching herzustellen.

Der Vertrag sieht ein gemeinsames Pilotprojekt zur Fertigung eines monolithischen U-Mo-Brennstoffs mit einer Anreichung von 19,75% vor. Es beinhaltet die Entwicklung einer Pilot-Fertigungslinie sowie damit die Herstellung von Brennstoffplatten für Bestrahlungsversuche. Diese Versuche sind zentraler Bestandteil der Qualifizierung des neuen Brennstoffs speziell für Forschungsreaktoren in Europa.

„Wir haben bereits viele Jahre Forschungsarbeit investiert“, sagt TUM-Präsident Prof. Thomas F. Hofmann. „Mit diesem Projekt machen wir uns auf den Weg in die Zukunft. Wir wollen die Grundlage schaffen für den Einsatz sicherer, niedrig angereicherter Forschungsneutronenquellen in der Wissenschaft sowie für medizinische und industrielle Anwendungen.“

Erste Ergebnisse für 2022 erwartet

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 bilden das Projektteam, darunter auch Wissenschaftler der TUM.

Ein Doktorand der TUM 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 aus den Labors der TUM zugeliefert.

Zusammenarbeit mit Belgien und Frankreich

Diese Bestrahlungsversuche unternehmen TUM und Framatome im Rahmen europäischer Projekte, an denen auch das französische Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), das französische Forschungsinstitut Institut Laue-Langevin in Grenoble und das belgische Studiecentrum voor Kernenergie (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

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 ein Brennstoff mit niedriger angereichertem Uran – idealerweise mit einer Anreicherung von weniger als 20 Prozent – qualifiziert und industriell verfügbar ist, können Forschungsreaktoren wie der FRM II mit der Umrüstung beginnen.

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