Forschungsreaktor
Eine Ära der Nuklear-Forschung geht zu Ende – das Paul-Scherrer-Institut legt «Proteus« still

1968 wurde im Paul-Scherrer-Institut der Forschungsreaktor Proteus in Betrieb genommen, nun soll die Anlage demontiert werden. Das Ende einer Ära heisst aber nicht, dass am PSI keine Nuklearforschung mehr betrieben wird.

Peter Brühwiler
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Blick ins Innere des Forschungsreaktors Proteus des Paul-Scherrer- Instituts.

Blick ins Innere des Forschungsreaktors Proteus des Paul-Scherrer- Instituts.

Scanderbeg Sauer Photography

Der Meeres-Gott Proteus aus der griechischen Mythologie ist bekannt für seine Wandlungsfähigkeit. Dieselbe Eigenschaft besass auch der gleichnamige Forschungsreaktor des Paul- Scherrer-Instituts (PSI).
Aber er war, anders als sein göttlicher Namensgeber, nicht unsterblich: 2011 entschied die PSI-Direktion, «Proteus» nach 40 Jahren Forschung aus wirtschaftlichen Gründen stillzulegen. Der Kernbrennstoff ist bereits aus dem Kern entfernt. Und nun liegt das Gesuch für die Ausserbetriebnahme auf. Die Anlage kann laut dem PSI von einem kleinen Rückbauteam innert zweier Jahre demontiert werden.

Nuklearforschung geht weiter

Martin Zimmermann wird dann nicht mehr dabei sein. In einem halben Jahr geht der Physiker in Pension, die Leitung des PSI-Bereichs Nuklearenergie und Sicherheit (NES) hat er bereits seinem Nachfolger Andreas Pautz übergeben. Endet mit seiner Zeit an der Bereichsspitze schleichend auch die Ära der Nuklearforschung am PSI? «Die Forschung zu nuklearen Fragestellungen ist damit am PSI nicht beendet. Eine nukleare Kompetenz wird in der Schweiz noch während vieler Jahre benötigt werden», sagt Zimmermann.
Das Verhalten von Neutronen im Reaktorkern, das mit Anlagen wie «Proteus» experimentell untersucht wird, bleibt ein wichtiges Thema der Nuklearforschung. Diese umfasse aber noch viele weitere Gebiete wie etwa die Kühlungs-Problematik oder Materialfragen. Das PSI befasse sich zudem stark mit Unfallsimulationen, so Zimmermann. Das Ende von «Proteus» fällt, bezogen auf die Forschungsplätze, denn auch nicht besonders ins Gewicht: Zehn von insgesamt rund 200 NES-Leuten haben mit ihm gearbeitet, gegen Ende gar nur noch fünf.

Trotzdem kann man die Geschichte des Forschungsreaktors als Abbild der Entwicklung der Nuklearforschung sehen. 1968, als er in Betrieb genommen wurde, waren Schnelle Brüter, die neben Energie gleichzeitig neues spaltbares Material erzeugen, international wie auch in Würenlingen ein grosses Thema. Damals gehörte «Proteus» zum eidgenössischen Institut für Reaktorforschung. «Unsere Vorgänger waren nicht die ersten auf diesem Gebiet, aber sie haben einen wichtigen Forschungsbeitrag geleistet», sagt Zimmermann.
Für das damals neuartige Konzept eines Reaktors mit Thoriumoxid als neuen Kernbrennstoff habe das EIR einzigartige Daten geliefert. Die Idee, mit schnellen Neutronen neuen Brennstoff zu erbrüten und damit den Brennstoffzyklus zu schliessen, wurde am «Proteus» bis in die 80er-Jahre weiterverfolgt. «Es gab sehr interessante Messungen», so Zimmermann. Durchgesetzt hat sich die Technologie aber bis heute nicht wirklich.

Ab 1988 war «Proteus» Teil des neu gegründeten PSI und wandte sich in den 90er-Jahren derweil dem sogenannten Hochtemperatur-Kugelhaufenreaktor zu. In China wird derzeit ein solcher gebaut. Der Clou: Der nukleare Brennstoff ist in Form von kleinen Kügelchen von mehreren Keramikschichten umhüllt, die ihrerseits in grössere Grafit-Kugeln eingebettet sind. Diese Brennstoffform hat bis 1600 Grad eine sehr grosse Rückhaltewirkung für laufend entstehende radioaktive Spaltprodukte.
Das Forschungsprogramm in Würenlingen wurde im Rahmen eines internationalen Projektes durchgeführt und endete 1996. Dabei wurden «wesentliche Erkenntnisse gewonnen», sagt Zimmermann. Einzelne dieser Messungen sind heute wegen der Datenqualität in eine internationale Sammlung von Benchmarks zur Überprüfung von Rechenprogrammen aufgenommen worden. Die neue Hochtemperatur-Reaktorlinie wurde jedoch vom Markt nicht aufgenommen.

Zu teure Auflagen

Also hiess es für «Proteus» einmal mehr: umorientieren. Fast 90 Prozent der weltweiten Kernenergie wird aktuell mit Leichtwasserreaktoren erzeugt. Und weil die Schweizer Kernkraftwerke dem PSI Brennelemente ausliehen, lieferte der Forschungsreaktor nun experimentelle Daten für die Verifizierung der dabei eingesetzten Rechenprogramme und für die Brennelement-Designs. «Hier hatten wir die Möglichkeit, sehr eng in Zusammenarbeit mit der Industrie zu forschen», sagt Zimmermann. «Das war schon ziemlich einmalig.» Eigene Brennelemente hätte sich das PSI nicht leisten können.
Eine logische Erweiterung dieses Messprogramms war der Einbezug von in einem Leistungsreaktor bestrahltem (abgebranntem) Brennstoff. «Während des Betriebes im Reaktorkern verändern sich die Zusammensetzung und die Struktur des Brennstoffes infolge der Kernspaltungen», so Zimmermann. Deshalb begann das PSI 2007 mit einem neuen Forschungsprojekt zur Untersuchung von abgebrannten Brennstäben. Der Haken: «Proteus» war nicht für die Handhabung von grossen Mengen von abgebranntem Brennstoff eingerichtet. Die Anlage hätte entsprechend den Anforderungen für das neue Projekt angepasst werden müssen.
In die gleiche Zeit fiel eine Auflage des Eidgenössischen Nuklearsicherheitsinspektorats Ensi, den Reaktor zu renovieren. Kostenpunkt: etwa 10 Millionen Franken. Nach monatelangen Diskussionen fällte die PSI-Direktion im April 2011 ihren negativen Entscheid zum Projekt und besiegelte damit das Ende von «Proteus». Kurz zuvor hatte sich in Fukushima die grosse Reaktorkatastrophe ereignet.
Dies habe aber schon keinen Einfluss mehr auf den Entscheid gehabt, heisst es aus der PSI-Direktion. Nach dem Ende des letzten Programms konnte «Proteus» auf aktuell wichtige Forschungsfragen keine Antwort liefern. Als sogenannter Nullleistungsreaktor wurde er bei einer Leistung von nur rund 400 Watt betrieben und erzeugte entsprechend wenige Neutronen. Weltweit seien die meisten dieses Typs von Forschungsreaktoren schon stillgelegt, sagt Zimmermann.
Denn die Entwicklung gehe in Richtung Materialforschung – «und der Einfluss der Neutronen auf die Materialstruktur lässt sich nur mit einer Anlage untersuchen, die ausreichend viele Neutronen erzeugt». Um signifikante Bestrahlungswerte (und damit Strahlenschäden) zu erzielen, «hätten wir ‹Proteus› hundert Jahre lang laufen lassen müssen», meint er schmunzelnd.