Pac-Kügelchen

Pac-Kügelchen (Englisch: pebbles) 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 Kugel-Typ ist umhüllt mit mehreren Schichten aus Graphit, in manchen Fällen zusätzlich auch Siliziumcarbid<ref>Luigi Massimo, Physics of High-Temperature Reactors. Oxford usw.: Pergamon, 1976, S. ix</ref>, die den Austritt von Spaltprodukten fast vollständig verhindern sollen<ref>Kurt Kugeler und Rudolf Schulten: Hochtemperaturreaktortechnik, Berlin: Springer, 1989, S. 4</ref>. Neuere Untersuchungen weisen jedoch aus, dass diffusionsbedingt bestimmte Radionuklide nicht ausreichend zurückgehalten werden können.<ref>Rainer Moormann: <templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />{{#if:20120524004608

      | {{#ifeq: 20120524004608 | *
    | Vorlage:Webarchiv/Wartung/Stern{{#if: A safety re-evaluation of the AVR pebble bed reactor operation and its consequences for future HTR concepts | {{#invoke:WLink|getEscapedTitle|A safety re-evaluation of the AVR pebble bed reactor operation and its consequences for future HTR concepts}} | {{#invoke:Webarchiv|getdomain|http://juwel.fz-juelich.de:8080/dspace/handle/2128/3136}} }} (Archivversionen)
    | {{#iferror: {{#time: j. F Y|20120524004608}}
         | {{#if:  || }}Vorlage:Webarchiv/Wartung/DatumDer Wert des Parameters {{#if: wayback | wayback | Datum }} muss ein gültiger Zeitstempel der Form YYYYMMDDHHMMSS sein!
         | {{#if: A safety re-evaluation of the AVR pebble bed reactor operation and its consequences for future HTR concepts | {{#invoke:WLink|getEscapedTitle|A safety re-evaluation of the AVR pebble bed reactor operation and its consequences for future HTR concepts}} | {{#invoke:Webarchiv|getdomain|http://juwel.fz-juelich.de:8080/dspace/handle/2128/3136}} }} {{#ifeq:  | [] | [ | ( }}Memento{{#if: {{#if:  | {{{archiv-bot}}} |  }} |  des Vorlage:Referrer }} vom {{#time: j. F Y|20120524004608}} im Internet Archive{{#if:  | ;  }}{{#ifeq:  | [] | ] | ) }}
      }}
  }}
      | {{#if:
          | {{#iferror: {{#time: j. F Y|{{{webciteID}}}}}
    | {{#switch: {{#invoke:Str|len|{{{webciteID}}}}}
       | 16= {{#if: A safety re-evaluation of the AVR pebble bed reactor operation and its consequences for future HTR concepts | {{#invoke:WLink|getEscapedTitle|A safety re-evaluation of the AVR pebble bed reactor operation and its consequences for future HTR concepts}} | {{#invoke:Webarchiv|getdomain|http://juwel.fz-juelich.de:8080/dspace/handle/2128/3136}} }} {{#ifeq:  | [] | [ | ( }}Memento{{#if: {{#if:  | {{{archiv-bot}}} |  }} |  des Vorlage:Referrer }} vom {{#time: j. F Y| 19700101000000 + {{#expr: floor {{#expr: {{#invoke:Str|sub|{{{webciteID}}}|1|10}}/86400}} }} days}} auf WebCite{{#if:  | ;  }}{{#ifeq:  | [] | ] | ) }}
       | 9 = {{#if: A safety re-evaluation of the AVR pebble bed reactor operation and its consequences for future HTR concepts | {{#invoke:WLink|getEscapedTitle|A safety re-evaluation of the AVR pebble bed reactor operation and its consequences for future HTR concepts}} | {{#invoke:Webarchiv|getdomain|http://juwel.fz-juelich.de:8080/dspace/handle/2128/3136}} }} {{#ifeq:  | [] | [ | ( }}Memento{{#if: {{#if:  | {{{archiv-bot}}} |  }} |  des Vorlage:Referrer}} vom {{#time: j. F Y| 19700101000000 + {{#expr: floor {{#expr: {{#invoke:Str|sub|{{#invoke:Expr|base62|{{{webciteID}}}}}|1|10}}/86400}} }} days}} auf WebCite{{#if:  | ;  }}{{#ifeq:  | [] | ] | ) }}
       | #default= Der Wert des Parameters {{#if: webciteID | webciteID | ID }} muss entweder ein Zeitstempel der Form YYYYMMDDHHMMSS oder ein Schüsselwert mit 9 Zeichen oder eine 16-stellige Zahl sein!Vorlage:Webarchiv/Wartung/webcitation{{#if:  || }}
      }}
    | c|{{{webciteID}}}}} {{#if: A safety re-evaluation of the AVR pebble bed reactor operation and its consequences for future HTR concepts | {{#invoke:WLink|getEscapedTitle|A safety re-evaluation of the AVR pebble bed reactor operation and its consequences for future HTR concepts}} | {{#invoke:Webarchiv|getdomain|http://juwel.fz-juelich.de:8080/dspace/handle/2128/3136}} }} (Memento{{#if: {{#if:  | {{{archiv-bot}}} |  }} |  des Vorlage:Referrer}} vom {{#time: j. F Y|{{{webciteID}}}}} auf WebCite{{#if:  | ;  }}{{#ifeq:  | [] | ] | ) }}
  }}
          | {{#if: 
              | Vorlage:Webarchiv/Today
              | {{#if:
                      | Vorlage:Webarchiv/Generisch
                      | {{#if: A safety re-evaluation of the AVR pebble bed reactor operation and its consequences for future HTR concepts | {{#invoke:WLink|getEscapedTitle|A safety re-evaluation of the AVR pebble bed reactor operation and its consequences for future HTR concepts}} | {{#invoke:Webarchiv|getdomain|http://juwel.fz-juelich.de:8080/dspace/handle/2128/3136}} }}  
                 }}}}}}}}{{#if:
    | Vorlage:Webarchiv/archiv-bot
  }}{{#invoke:TemplatePar|check
     |all      = url=
     |opt      = text= wayback= webciteID= archive-is= archive-today= archiv-url= archiv-datum= ()= archiv-bot= format= original=
     |cat      = Wikipedia:Vorlagenfehler/Vorlage:Webarchiv
     |errNS    = 0
     |template = Vorlage:Webarchiv
     |format   = *
     |preview  = 1
  }}{{#ifexpr: {{#if:20120524004608|1|0}}{{#if:|+1}}{{#if:|+1}}{{#if:|+1}}{{#if:|+1}} <> 1
    | {{#if:  || }}Vorlage:Webarchiv/Wartung/Parameter{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Genau einer der Parameter 'wayback', 'webciteID', 'archive-today', 'archive-is' oder 'archiv-url' muss angegeben werden.|1}}
  }}{{#if: 
    | {{#switch: {{#invoke:Webarchiv|getdomain|{{{archiv-url}}}}}
        | web.archive.org = 
          {{#if:  || }}{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Im Parameter 'archiv-url' wurde URL von Internet Archive erkannt, bitte Parameter 'wayback' benutzen.|1}} 
        | webcitation.org = 
          {{#if:  || }}{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Im Parameter 'archiv-url' wurde URL von WebCite erkannt, bitte Parameter 'webciteID' benutzen.|1}} 
        | archive.today |archive.is |archive.ph |archive.fo |archive.li |archive.md |archive.vn = 
          {{#if:  || }}{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Im Parameter 'archiv-url' wurde URL von archive.today erkannt, bitte Parameter 'archive-today' benutzen.|1}}
      }}{{#if: 
         | {{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|Vorlage:FormatDate/Wartung/Error}}
             | {{#if:  || }}Vorlage:Webarchiv/Wartung/Parameter{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Der Wert des Parameter 'archiv-datum' ist ungültig oder hat ein ungültiges Format.|1}}
          |  }} 
         | {{#if:  || }}Vorlage:Webarchiv/Wartung/Parameter{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Der Pflichtparameter 'archiv-datum' wurde nicht angegeben.|1}}
      }}
    | {{#if: 
         | {{#if:  || }}Vorlage:Webarchiv/Wartung/Parameter{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Der Parameter 'archiv-datum' ist nur in Verbindung mit 'archiv-url' angebbar.|1}}
      }}
  }}{{#if:{{#invoke:URLutil|isHostPathResource|http://juwel.fz-juelich.de:8080/dspace/handle/2128/3136}}
    || {{#if:  || }} URL/Pfad ungültig.
  }}{{#if: A safety re-evaluation of the AVR pebble bed reactor operation and its consequences for future HTR concepts
    | {{#if: {{#invoke:WLink|isBracketedLink|A safety re-evaluation of the AVR pebble bed reactor operation and its consequences for future HTR concepts}}
        | {{#if:  || }} Linktext ungültig.
      }}
    | {{#if:  || }}Vorlage:Webarchiv/Wartung/Linktext_fehlt Linktext fehlt.
  }}{{#switch: 
    |addlarchives|addlpages= {{#if:  || }}{{#if: 1 |Vorlage:Webarchiv/Wartung/Parameter}}{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: enWP-Wert im Parameter 'format'.|1}}
  }}{{#ifeq: {{#invoke:Str|find|http://juwel.fz-juelich.de:8080/dspace/handle/2128/3136%7Carchiv}} |-1
    || {{#ifeq: {{#invoke:Str|find|{{#invoke:Str|cropleft|http://juwel.fz-juelich.de:8080/dspace/handle/2128/3136%7C4}}%7Chttp}} |-1
         || {{#switch: {{#invoke:Webarchiv|getdomain|http://juwel.fz-juelich.de:8080/dspace/handle/2128/3136 }}
              | abendblatt.de | daserste.ndr.de | inarchive.com | webcitation.org = 
              | #default = {{#if:  || }}{{#if: 1 |Vorlage:Webarchiv/Wartung/URL}}{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Archiv-URL im Parameter 'url' anstatt URL der Originalquelle. Entferne den vor der Original-URL stehenden Mementobestandteil und setze den Archivierungszeitstempel in den Parameter 'wayback', 'webciteID', 'archive.today' oder 'archive-is' ein, sofern nicht bereits befüllt.|1}}
            }} 
       }}
  }}, 2008.</ref> Dieser Brennstofftyp wurde, in Graphit eingebettet, in gasgekühlten Reaktoren, insbesondere Kugelhaufenreaktoren (pebble bed reactor) wie z. B. dem Kernkraftwerk THTR-300 mit ausschließlich Kugeln gleicher Größe verwendet.

Wirtschaftlich ist die Kugelpackungstechnologie allgemein dann, wenn das jeweilige Material bei der Verarbeitung wegen seiner Strahlung und der Kontaminationsgefahr fernbedient gehandhabt werden kann. Als Vorteil wird angeführt, dass die Kugeln in einem nasschemischen Verfahren und damit ohne Staubbildung hergestellt werden.

Frisches, noch nicht mit Neutronen bestrahltes Uranoxid kann ohne Einschluss direkt gehandhabt werden. Mit den verwendeten Mischoxiden entfällt dies.

Fraglicher Zusammenhang mit Leukämiecluster Elbmarsch

Kleine Kügelchen wurden im Leukämiecluster Elbmarsch verteilt im Boden und auf Häuserdächern gefunden. Das Verhalten von Brennstoffkügelchen war am GKSS theoretisch erforscht worden,<ref>„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</ref> 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.<ref>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.</ref><ref>Stellungnahme der Strahlenschutzkommission (SSK): Bewertung von Messungen der ARGE PhAM zur Radioaktivität in der Elbmarsch S. 48–56 (2003).</ref><ref>Wolf Wetzel: Das Rätsel der Kügelchen. In: der Freitag vom 11. Mai 2007.</ref>

Einzelnachweise

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. (PDF; 987 kB)
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)