Pac-Kügelchen

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

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

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^[2]. Dieser Brennstofftyp wird, in Graphit eingebettet, in gasgekühlten Reaktoren 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.

Zusammenhang mit Leukämiecluster Elbmarsch

Pac-Kügelchen wurden im Leukämiecluster Elbmarsch verteilt im Boden und auf Häuserdächern gefunden. Ihre Herkunft ist rätselhaft, und ihr Zusammenhang mit der Häufung mit Leukämieerkrankungen nie offiziell bestätigt.

Einzelnachweise

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

Literatur

• G. D. Del Cul et al.: Fuel Fabrication Development for the Surrogate Sphere-Pac Rodlet. Oak Ridge Nat. Lab., Oak Ridge, Tenn., USA, 2005. online

• K. L. Peddicord et al.: Analytical and Experimental Performance of Sphere-pac Nuclear Fuels. In: Progress in Nuclear Energy Bd. 18 S. 265–299 (1986)