MOX-Brennelement

Kopfbereich eines Brennelementes. Ausschnitt links: Uran-Tabletten (Pellets) in den Brennstäben

Als Mischoxid-Brennelemente, kurz: MOX-Brennelemente (MOX = Mischoxid), werden in der Kerntechnik Brennelemente bezeichnet, die im Gegensatz zu Brennelementen aus reinem Urandioxid ein weiteres Oxid enthalten. Meist handelt es sich dabei um Plutoniumdioxid, seltener um Thoriumdioxid. Das Herstellungsverfahren von MOX-Brennelementen ähnelt dem von Urandioxid-Brennelementen. Weil Plutonium gefährlicher als Uran ist, sind aber deutlich größere Sicherheitsvorkehrungen zu treffen. Die Verarbeitung erfolgt in abgeschirmten, luftdichten Umschließungen (Handschuhkastentechnik) und ist weitgehend automatisiert. Die Zumischung an Plutonium liegt im unteren Prozentbereich, das Nuklearforum Schweiz nennt 7–8 %. ^[1]

Das Plutonium, das in jedem mit Uranbrennstoff betriebenen Kernreaktor unvermeidlich entsteht und bei der Wiederaufarbeitung des Brennstoffs abgetrennt wird, kann in Form von MOX-Brennstoff wieder in Reaktoren zurückgeführt und zur Energieerzeugung genutzt werden. Bei Leichtwasserreaktoren ist dies eine Option, bei Brutreaktoren dagegen eine Notwendigkeit, denn die dort benötigte hohe Neutronenausbeute der Kernspaltung wird nur mit einem genügend hohen Plutonium-239-Anteil im Brennstoff (und Spaltung durch schnelle, nichtmoderierte Neutronen) erreicht.

Hersteller

Die wichtigsten Anlagen zur Herstellung von MOX-Brennelementen befinden sich

• in Frankreich (Anlage Melox, Nuklearanlage Marcoule),
• in Belgien (Dessel) und
• in Großbritannien (Anlage SMP, Sellafield).

1991 verbot das Hessische Umweltministerium die Fertigung in Hanau-Wolfgang, 1995 stellte Siemens den Neubau einer größeren Anlage ein.^[2] Eine Anlage namens J-MOX ist in Japan 'approved for build' (Stand März 2010). Eine weitere Anlage ist geplant in Savannah River (USA) zur Entsorgung von ehemaligem Waffenplutonium. Kleine Anlagen arbeiten in Tokai (Japan) und in Majak (Russland).

Die Zukunft des SMP (Sellafield) war lange Zeit ungewiss:

„"The future of the underperforming fuel facility has long been uncertain, but improvements in output under new management regime appear to have made the difference. The NDA said that it talked with the ten Japanese nuclear utilities "to aim to convert all their plutonium recovered in the UK into MOX fuel." After work by the NDA's commercial subsidiary, International Nuclear Services, new arrangements are in place that the NDA said "make the continuing operation of the plant economically acceptable in the longer term." Business planning manager John Clarke added that, "Agreement has now been reached between the NDA and Japanese utilities on an overall framework for future fabrication of MOX fuel in SMP." “

^[3]

Für Atommächte, die Plutoniumbomben haben und diese vernichten wollen, ist das Herstellen von MOX-Elementen eine Möglichkeit, das Plutonium mit seiner langen Halbwertszeit loszuwerden: "Beseitigt werden kann das Plutonium nur in Form einer Endlagerung nach einer Vermischung mit anderen atomaren Abfällen oder durch eine Umarbeitung in MOX-Elemente."^[4]

Die USA und Russland haben sich darauf geeinigt, ihre Bestände an Waffen-Plutonium um je 34 Tonnen zu verringern. Diese Menge reicht, um etwa 17.000 Bomben zu bauen. Ein entsprechendes Protokoll unterzeichneten die Außenminister Hillary Clinton und Sergei Lawrow im April 2010 in Washington; der Vertrag wurde am 20. Mai 2011 von Russland ratifiziert.^[5] Russland kostet dies 2,5 Mrd. Dollar; davon übernehmen die USA 400 Mio. Dollar und andere G-8-Staaten weitere Millionen.^[4]

Einsatz in deutschen Kernkraftwerken

In den Jahren 2000-2008 wurde in insgesamt neun deutschen Kernkraftwerken Mischoxid-Brennelemente aus der Wiederaufarbeitung zusammen mit herkömmlichen Uran-Brennelementen eingesetzt.^[6] Die Brennelemente verbleiben im Durchschnitt für vier Jahre im Reaktorkern.^[6] Bislang (Stand Februar 2011) fanden in Deutschland 51 Rücktransporte von MOX-Brennelementen aus französischen Wiederaufarbeitungsanlagen statt.^[7] Ein Antrag für den Transport von 16 MOX-Brennelementen über den Seeweg von britischen Sellafield ins Kernkraftwerk Grohnde wurde seitens E.ON im Februar 2011 zurückgezogen.^[8] Im Rahmen der anstehenden Revision sollen in Grohnde keine MOX-Brennelemente eingesetzt werden. Über einen Einsatz bei der nächsten Revision im Jahre 2012 und eine entsprechenden Transportantrag ist noch nicht entschieden.^[8] Die deutschen Kernkraftwerksbetreiber haben für den Zeitraum 2009–2016 die Fertigung und Lieferung von 170 t Mischoxid, das entspricht circa 648 Brennelementen, mit den britischen und französischen Wiederaufarbeitungsanlagen vereinbart.^[6]

		Zuladung an MOX-Brennelementen in t pro Jahr[6]
Kernkraftwerk	Betreiber	2000	2001	2002	2003	2004	2005	2006	2007	2008
Emsland	RWE	-	-	-	-	6,5	6,5	6,5	6,5	6,5
Brokdorf	E.ON	8,5	8,5	8,5	8,5	4,2	8,5	-	8,5	8,5
Unterweser	E.ON	8,5	8,5	8,5	2,1	12,7	2,1	6,4	-	-
Grohnde	E.ON	6,4	8,5	8,5	8,5	8,5	-	-	-	-
Philippsburg 2	EnBW	-	-	8,5	10,6	8,5	10,6	8,5	-	-
Neckarwestheim 2	EnBW	8,6	4,3	4,3	6,4	-	-	-	-	-
Gundremmingen	RWE	11,8	14,6	19,2	19,5	16,7	18,1	16,7	-	10,4
Isar 2	E.ON	-	17,1	17,1	8,6	-	6,4	6,4	6,4	6,4
Grafenrheinfeld	E.ON	-	8,5	8,5	8,5	8,5	8,5	6,4	6,4	-

Einsatz in japanischen Kernkraftwerken

Im November 2009 wurden zum ersten Mal in Japan MOX-Elemente in einem Kernkraftwerk eingesetzt, nämlich im Reaktor 3 des Kernkraftwerk Genkai. "Endlich haben wir diesen Punkt erreicht", äußerte Shojiro Matsuura, Präsident der Vereinigung für nukleare Sicherheitsforschung (JAERI) in Japan.^[9]

Davor hatten zahlreiche Pannen, Unfälle und Erdbebenschäden das Misstrauen in die Atomindustrie vergrößert und den ersten MOX-Einsatz um viele Jahre verzögert.^[10]

Am 8. März 2010 begann der Reaktor 3 des Kernkraftwerk Ikata (Präfektur Ehime) die Stromerzeugung mit MOX-Brennelementen^[11] und den Reaktor 3 von Fukushima I. Letzterer erhielt im August 2010 32 MOX-Brennelemente (von insgesamt 548 Brennelementen).^[12]

Bei der Nuklearkatastrophe von Fukushima kam es im März 2011 zu Kernschmelzen in den Reaktorblöcken 1, 2 und 3 der Anlage. Dabei wurde auch Plutonium freigesetzt.^[9]

Davor war geplant, MOX-Elemente bis 2015 landesweit in 16 bis 18 Kernreaktoren einzusetzen. Als Nächstes wollten die Stromversorger Shikoku Denryoku und Chūbu Denryoku MOX benutzen.^[10]

Einzelnachweise

1. ↑ NUKLEARFORUM SCHWEIZ (2002): Mox-Brennstoff für Kernkraftwerke. NUKLEARFORUM SCHWEIZ. Abgerufen am 21. März 2011.
2. ↑ Detlef Esslinger (3. Dezember 2003): Brennelementewerk in Hanau - Was die Politik umtrieb, ging nie in Betrieb. sueddeutsche.de. Abgerufen am 5. Januar 2009.
3. ↑ /www.world-nuclear-news.org: Japanese firms stick with Sellafield MOX Plant (13. Mai 2010)
4. ↑ ^{a b} Meldung vom 15. April 2010
5. ↑ [1]
6. ↑ ^{a b c d} Sicherheit bei Transport, Lagerung und Einsatz von MOX-Brennelementen. Antwort 17/1067 auf eine kleine Anfrage an die Bundesregierung. Deutscher Bundestag, 8. April 2010, abgerufen am 19. März 2011. 
7. ↑ Mox-Brennelemente: E.ON überrascht Genehmigungsbehörde. dewezet.de, 8. Februar 2011, abgerufen am 19. März 2011. 
8. ↑ ^{a b} E.ON Kernkraft verschiebt Transporte von Mischoxid-Brennelementen zum Gemeinschaftskernkraftwerk Grohnde. eon-kernkraft.com, 7. Februar 2011, abgerufen am 19. März 2011. 
9. ↑ ^{a b} spiegel.de 29. März 2011: Plutonium-Spuren enthüllen Ausmaß der Katastrophe JAERI = NUCLEAR SAFETY RESEARCH ASSOCIATION OF JAPAN
10. ↑ ^{a b} taz.de 10. November 2009: Japan produziert erstmals Atomstrom mit Plutonium
11. ↑ [http://www.yourindustrynews.com/news_item.php?newsID=46339 "This recycled fuel was fabricated on 2008 at AREVA’s MELOX plant in southern France using the plutonium recovered from the treatment operations of used fuels performed at AREVA’s La Hague plant."
12. ↑ MOX fuel loaded into Tokyo Electric's old Fukushima reactor (englisch). Japan Today, 22. August 2010, archiviert vom Original am 2. Mai 2011, abgerufen am 2. Mai 2011.