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Nr. 1,  1959

Atom-Metropole

Chalk River

Von Dietrcih Feuerherdt

Das kanadische Atomforschungszentrum besitzt den modernsten Reaktor der Welt60.jpg (18295 Byte)
EINE FÜHRENDE POSITION auf dem Gebiet  der friedlichen Anwendung der Atomenergie   besitzt Kanada vor allem durch sein Atomzentrum Chalk River

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Besucher sind hier noch nicht willkommen; man  will erst einmal seine Erfahrungen sammeln.

Vor einem Jahr, am 12. Dezember 1957, wurde zwischen der Bundesrepublik Deutschland und Kanada ein Vertrag über die Lieferung einer größeren Menge Uran abgeschlossen. Mit seinen großen Atomforschungsanlagen und seinen reichen Uranvorkommen gehört Kanada heute nach den USA, der Sowjetunion und Großbritannien zu den größten Atommächten der Welt. Es verfügt praktisch über alle technischen Mittel und Voraussetzungen für den Bau von Atomund Wasserstoffbomben. Die kanadische Regierung hat auf die Herstellung nuklearer Waffen bisher jedoch verzichtet, weil sie ähnlich wie Regierungen anderer Länder die Anwendung der Atomenergie nur für friedliche Zwecke für vertretbar hält. So mußte sich die deutsche Bundesregierung beim Abschluß des Atomvertrages denn auch verpflichten, das in Kanada gekaufte Uran nur für wissenschaftliche Forschungszwecke zu verwenden. Dieselbe Forderung müssen auch alle anderen Länder akzeptieren, die ein solches Abkommen mit Kanada wünschen. Lediglich die USA und Großbritannien haben auf Grund älterer Verträge, die zum Teil noch aus den ersten Nachkriegsjahren stammen, das Recht, Ausnahmen zu machen, offenbar aus politisch-militärischen Gründen, -um das 'Atomgleichgewicht' zwischen Ost und West nicht zu gefährden.

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DER NRU-REAKTOR übertrifft sämtliche Uranmeiler der westlichen Welt

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Die Wissenschaftler tragen stets einen unbelichteten Filmstreifen mit sich als Strahlungskontrolle

Die beiden größten Reaktoren der westlichen Hemisphäre stehen in Kanadas Atomstadt

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In einer 27 m hohen und 30 m breiten Halle ist der NRU-Reaktor untergebracht (Schnittbild)

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Er ist mit 200 Uranstäben bestückt, von denen jeder 60 kg wiegt, und hat eine Leistung von 200000 Kilowatt. In einem zylindrischen Aluminiumtank von über 3 m Höhe und 30 cm Stärke befindet sich schweres Wasser. Für die Kühlung wird normales Wasser aus dem Ottawafluß herangepumpt. Die eigentlichen Strahlenschutzwände wiegen bis zu 19 Tonnen, sind bis zu 2,50 m dick und haben 5 Tonnen schwere Türen. Der NRX-Reaktor dient in der Hauptsache zur Herstellung von radioaktiven Isotopen. Auf dem Bild links wird gerade eine Substanz aus dem Reaktor herausgeholt. Um der Gefahr einer radioaktiven Verseuchung vorzubeugen, wird der Prozeß mit einem Zählrohr überwacht.

Dieses betonte Eintreten für die friedliche Anwendung der Atomenergie hat der kanadischen Atomforschung zu einer führenden Position auf diesem Gebiet verholfen. In der Produktion von radioaktiven Isotopen steht Kanada sogar an erster Stelle. Ähnlich liegen die Dinge bei den Anlagen selbst: Der riesige NRUReaktor (NRU = National Research Universal Reactor, d. h. Universalreaktor des Nationalen Forschungsrates), der im November 1957 im kanadischen Atomzentrum Chalk River mit einem Kostenaufwand von 56 Millionen Dollar errichtet wurde, ist der größte und modernste der westlichen Welt und übertrifft selbst noch das, was die USA bisher an Reaktoren konstruiert haben. Er ist mit 200 Uranstäben bestückt, von denen jeder 60 kg wiegt, beansprucht den Raum eines zwölfstöckigen Gebäudes und hat eine Leistung von 200000 Kilowatt. Sein Ausstoß an Neutronen ist fünfmal so groß wie der des ebenfalls in Chalk River stehenden NRX-Reaktors (NRX = National Research Experiment Reactor, d. h. Versuchsreaktor des Nationalen Forschungsrates), der noch heute zu den stärksten Uranmeilern der westlichen Hemisphäre zählt.

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In dem dichten Neutronenfluß (3 x 1036 pro Quadratzentimeter und Sekunde) liegt auch der besondere Vorteil des NRU-Reaktors, da er den Wissenschaftlern neue, bisher nicht realisierbare Experimente errnöglicht. Dieser Gesichtspunkt veranlaßte die Ingenieure, normales Wasser, wie es noch beim NRX-Reaktor verwendet wird, ganz aus seinem Innern zu verbannen, da es zu viele Neutronen absorbiert. An seine Stelle sind 43 Tonnen schweren Wassers getreten. Es fließt über die Uranbrennstäbe, um sie zu kühlen und gleichzeitig die freiwerdenden Neutronen zu bremsen, so daß die ständige Kettenreaktion ausgelöst wird. Im NRX-Reaktor wird für die Neutronen ein spezieller Graphit-Reflektor verwendet, im NRU-Meiler übernimmt schweres Wasser diese Funktion; es befindet sich in einem zylindrischen Aluminiumtank von über 3 m Höhe und 30 cm Stärke. Für die Kühlung wird normales Wasser aus dem nahen Ottawafluß herangepumpt, das heißt, es kühlt das schwere Wasser und den Strahlenschutzschild, der den Tank umgibt. Die eigentlichen Strahlenschutzwände wiegen bis zu 19 Tonnen, sind bis zu 2,50 m dick und haben 5 Tonnen schwere Türen. Für die Versuche stehen 21 Lochkammern zur Verfügung, die wie beim NRX-Reaktor durch ein kompliziertes Fernlenkund Beförderungssystem bedient werden.

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FLIEGENDE ENTSEUCHUNGSKOMMANDOS untersuchen ständig mit Geigerzählern alle Geräte und Instrumente, die In Chalk River im Bereich radioaktiver Zonen verwendet werden.

In der 27 m hohen und 30 m breiten Halle, in der der NRU-Reaktor steht, zeigt nur eine Anzahl von Meßgeräten an, daß er in Betrieb ist. Mit Ausnahme der Geräusche, die die Luftventilatoren und Wasserpumpen verursachen, läuft der ungeheure Energieprozeß völlig lautlos ab. Nur gelegentlich wird die Stille in dem riesigen Raum vom Schrillen einer Glocke in dem weitverzweigten Kontrollund Alarmnetz unterbrochen, das den Reaktor umgibt und sofort exakt alle einsetzenden Mängel; wie austretendes schweres Wasser oder Störungen bei der Kühlung der Uranbrennstäbe, anzeigt. Durch Einführung von Spezialstäben, die stark neutronenabsorbierende Metalle enthalten, sowie durch Senkung des Spiegels des schweren Wassers, können die Ingenieure den Reaktor in kurzer Zeit stillegen. Ihre Arbeiten in der Halle können sie in normaler Kleidung verrichten. Schutzanzüge und die Beachtung besonderer Sicherheitsvorschriften sind fast nur bei speziellen Untersuchungen in mehreren an den Saal grenzenden Laboratorien notwendig, in denen die Forscher das Verhalten und die Eigenschaften verschiedener Stoffe nach erfolgten Bestrahlungsoder Spaltversuchen studieren.

Die revolutionärste Neuerung an dem neuen ReaktorGiganten Kanadas ist indessen weniger seine kolossale Neutronenproduktion und das andersartige Kühlungsund Reflektorsystem, als vielmehr die Tatsache, daß er als erster Reaktor der Welt nicht stillgelegt zu werden braucht, wenn die Strahlungsintensität der Uranbrennstäbe nachläßt und man diese auswechseln muß. Die kanadischen Atomingenieure haben das mit. der Konstruktion einer neuartigen Auflademaschine erreicht, einem 225 Tonnen schweren Koloß, der über 13 m hoch ist, auf Schienen läuft und mit der Genauigkeit von Millimeterbruchteilen über die Spitze des Reaktors, in dem' die Uranbrennstäbe sitzen, manövriert werden kann.

Einen großen Teil des Gewichtes der Auflademaschine, die doppelt so schwer ist wie eine moderne Diesellok, beansprucht die massive Panzerung, die notwendig ist, um das Bedienungspersonal vor den gefährlichen Strahlungen zu schützen, die von den Brennstäben ausgehen. Durch die Zerfallsprozesse erhitzen sich die Stäbe derart, daß sie selbst während des Austauschens noch gekühlt werden müssen eine Funktion, die ebenfalls die Auflademaschine übernimmt und die die Installation von 17 Pumpen bedingte. Wie im Reaktor sorgt auch bei der Maschine schweres Wasser für die direkte Kühlung der Stäbe, während normales Flußwasser das schwere Wasser kühlt und ein Kühlaggregat wiederum für niedrige Temperaturen des normalen Wassers sorgt.

Während der Reaktor ungehindert weiterarbeitet, zieht die Maschine den ersten verbrauchten Brennstab heraus und schiebt einen neuen nach. Anschließend fährt sie dann mit dem alten Stab über eine Brücke zu einem mit Wasser gefüllten Kanalund Tanksystem, das einem Schwimmbad ähnlich sieht, und versenkt ihn dort für sechs Monate, bis die Strahlung sich auf ein Minimum reduziert hat. Danach werden mit Hilfe moderner Methoden der analytischen Chemie die verschiedenen Spaltprodukte, die sich in dem Stab während seiner Brennzeit im Reaktor gebildet haben, voneinander getrennt. Von besonderem Wert sind dabei das unverbrannte Uran und das Plutonium, das sich gebildet hat. Letzteres ist, da es in der Natur nicht vorkommt, ein besonders wichtiger Stoff; wie Uran-235 ist es spaltbar und kann jederzeit als Brennstoff für Reaktoren sowie für andere Prozesse verwendet werden.

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ISOTOPE sind 'Mädchen für alles'. Sie dienen als Meß- u. Funktionskontrollen in Metallgießereien (1) und Papierfabriken(4).Weltberühmt wurde die kanadische Kobaltkanone(2), die das Isotop "Co zur Krebsbekämpfung verwendet. In Bäume eingespritzt(3), geben lsotope Aufschlüsse über den Wachstumsprozeß.

Der Zeitpunkt für das Auswechseln der Brennstäbe hängt von mehreren Faktoren ab. Er ist zum Beispiel dann gekommen, wenn die Spaltprodukte, die bei der Kettenreaktion entstehen und die sehr viele Neutronen absorbieren, den Neutronenfluß merklich hemmen; ferner, wenn die durch die ständige Strahlung verursachten Deformierungen an der Verkleidung der Brennstäbe größeren Umfang annehmen. Die entsprechenden Erfahrungen hierfür gewannen Kanadas Atomtechniker in dem nicht weniger eindrucksvollen NRX-Reaktor, der ein paar Jahre vorher in Chalk River errichtet worden war und wegen seiner Größe und Vielseitigkeit noch heute von der hochentwickelten Atomforschung der USA und Großbritanniens für Experimente herangezogen wird. Mit dem Chalk-River-Reaktor und mit Hilfe einiger kleinerer Reaktoren erreichten die kanadischen Atomwissenschaftler und -techniker den gegenwärtigen Stand und konnten damit die führende Rolle in der Isotopenproduktion übernehmen; mit seiner Hilfe wurden auch die technischen Voraussetzungen für den Bau von Atomkraftwerken geschaffen.

Um die beiden großen Reaktoren gruppiert sich ein riesiger Komplex von Laboratorien, Verwaltungsund Wohngebäuden, in denen Wissenschaftler, Ingenieure und das Bedienungspersonal für die technischen Anlagen arbeiten insgesamt 2300 Personen. Bei der Platzwahl der Atomstadt, die 1944 angelegt wurde, war die Tatsache ausschlaggebend, daß man sie hier weit entfernt von der nächsten menschlichen Ansiedlung aufbauen und das kühle, saubere Wasser des in der Nähe vorbeifließenden Ottawaflusses für die Kühlung der Reaktoren und zur Herstellung von genügenden Mengen schweren Wassers verwenden konnte. Obwohl Chalk River bereits zu den größten und modernsten Atomwerken der westlichen Welt gehört, wird es für Kanada jedoch nur eine von zehn Atomstädten sein, die bis 1970 entstehen sollen. Bei dem Tempo der bisherigen Entwicklung besteht kein Zweifel, daß dieses Ziel erreicht wird. Tatsächlich sind verschiedene für die Zukunft geplante Projekte schon jetzt sehr weit fortgeschritten, besonders der Bau von Atomkraftwerken.

Das erste, ein kleines Versuchswerk mit einer Leistung von 20000 Kilowatt, ist 30 km von Chalk River entfernt bereits im Bau und soll dieses Jahr betriebsfertig sein. Es wird unterirdisch angelegt; von den veranschlagten Kosten in Höhe von 11 Millionen Dollar wird 8 Millionen der Staat tragen, während 3 Millionen die beiden größten Elektrizitätsgesellschaften Kanadas aufbringen wollen. Die Konstruktion sieht praktisch die Kombination eines kleinen Reaktors mit den Anlagen eines modernen Dampfkraftwerkes vor. Nur ist es dabei nicht die Aufgabe des Reaktors, möglichst viele Neutronen zu erzeugen, sondern Wärme. 120 Uranbrennstäbe, die genauso ausgewechselt werden wie bei Forschungsreaktoren, erzeugen durch Kettenreaktion Wärme und geben sie an schweres Wasser ab, das zu dem Wärmeaustauscher strömt und die Wärme dort an gewöhnliches Wasser abgibt, das sich dann in Dampf verwandelt und die Turbinen antreibt.

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PRÄZISION ist für jeden Versuch eine selbstverständliche Voraussetzung. Hochempfindliche Meßgeräte und Waagen wurden gebaut, wie hier z. B. aus einem Quarzfaden. Man benötigt ihn für feinnervige Instrumente, mit denen Mengen bis zu 1/4 Millionstel Gramm abgewogen werden können. Das Herz des Kraftwerkes ist ein 9 Meter hoher Stahltank, in dem die Brennstäbe untergebracht sind. Ein Neutronenreflektor spezieller Art erübrigt sich, wie denn auch die Verkleidung der 65 kg schweren Uranstäbe anders ist: statt Aluminium wird hier wegen der besseren Korrosionsfestigkeit Zirkaloy, eine Legierung aus den beiden Metallen Zirkonium und Zinn, verwendet. Sobald die ersten praktischen Ergebnisse vor liegen, wollen die kanadischen Inge nieure darangehen, ein Atomkraftwerk mit der zehnfachen Leistung (200000 Kilowatt) zu bauen. Auch hier wollen sich die großen kanadischen Elektrizitätsgesellschaften an den Kosten beteiligen. Die Fachleute haben inzwischen errechnet, daß das zweite Kraftwerk mindestens 29 Millionen Dollar ver schlingen wird; aber alle Interessenten, die Privatfirmen wie der Staat, sind entschlossen, diese hohe Summe aufzu bringen. Es dürfte sich allerdings auch rentieren: mit einer Tonne Uranoxyd lassen sich zwanzig Millionen Kilowatt stunden erzeugen und dabei etwa 2,5 Millionen Tonnen Kohle einsparen.

Ein großer Vorteil kommt dem Land bei allen diesen Projekten sehr zugute: es besitzt die größten Uranvorkommen der Welt, und alle paar Wochen werden neue entdeckt. War es früher der Goldreichtum in Klondike, der die Menschen anzog, so ist es heute die noch weitgehend unerschlossene Wildnis Nordamerikas, in der Tausende nach Uran suchen und sich von ihm Glück und Reichtum erhoffen. Das uranhöffige Gebiet erstreckt sich über eine Fläche von 1,4 Millionen Quadratkilometern und ist selbst heute noch zum großen Teil unerforscht. Es gehört allerdings viel Erfahrung dazu, das wertvolle Erz zu finden. Insgesamt kennt man heute in Kanadas Uranschatzkammer über 1000 abbauwürdige Vorkommen, von denen die größten am Athabascasee, am Blind River und in Haliburton-Bancroft in der Provinz Ontario liegen; jedes umfaßt mindestens 30 Millionen Tonnen. Die Investitionen, die gemacht werden müssen, bevor die erste Tonne gefördert werden kann, sind allerdings dementsprechend groß: die Anlage einer Mine kostet an die 50 Millionen Dollar und beansprucht in der Regel fünf Jahre.

Eines der rentabelsten Vorkommen, das bisher entdeckt worden ist und das einen großen Teil der gegenwärtigen kanadischen Uranförderung ausmacht, liegt in Beaverlodge am Athabascasee. Eine ganze Stadt Uranium City genannt ist in seiner Nähe entstanden, aus dem Nichts, in einer Gegend, in der es noch 1952 nur ein paar indianische Jäger gab. Heute steht eine komplette Kleinstadt dort, mit Häusern für die 2000 Einwohner, mit einem eigenen Flugplatz, einem Hafen, Schulen, Geschäften, Cafes, Hotels, Bars, Kinos, Kirchen, Krankenhaus und 20 Taxis. Auch in anderen Teilen des Landes sind in den letzten Jahren solche Siedlungen in der Nähe von Uranminen entstanden. Meistens liegen sie weitab von der nächsten Großstadt.

Insgesamt wird in Kanada Uran im Wert von mehr als 100 Millionen Dollar jährlich geschürft; das entspricht einer Menge von 6687 Tonnen Uran, so, wie es aus dem geschürften Erz gewonnen wird. Pro Tonne Erz sind das nur wenige Pfund Uranoxyd, von dem wiederum nur etwa 0,7 Prozent reines Uran-235 enthalten. Soweit Privatgesellschaften in Kanada das Uran abbauen, müssen sie es der staatlichen Aufsichtsbehörde 'Eldorado Mining and Refining Limited' verkaufen. Sie ist es auch, die im Auftrag der kanadischen Bundesregierung die Verkaufsverträge mit ausländischen Staaten abschließt. Die Produktion hält mit dem Verkauf durchaus Schritt: In diesem Jahr wird Kanada doppelt soviel Uran fördern wie 1957.

Großbritannien hat bereits seinen steigenden Bedarf bis 1962 errechnet und will allein in den nächsten vier Jahren Uran im Wert von über 100 Millionen Dollar in Kanada kaufen. Zweifellos wird diese positive Entwicklung die nächsten Jahre über anhalten. Inwieweit sich danach die Konkurrenz der Atomreaktoren auswirken wird, die wie der NRU-Reaktor in Chalk River mehr spaltbare Stoffe herstellen, als sie selbst verbrauchen, läßt sich heute noch nicht beurteilen. Vermutlich wird sich nichts ändern, da der Bedarf, wie Experten glauben, in acht bis zehn Jahren um ein Vielfaches gestiegen sein wird und wahrscheinlich alle verfügbaren Quellen angezapft werden müssen, um ihm gerecht zu werden.

Auch Kanada selbst wird bis dahin große Mengen Uran benötigen, da es bis 1970 auf vielen Gebieten seiner Industrie, Verkehrstechnik, Energieversorgung, Landwirtschaft und Medizin umwälzende Verbesserungen mit Hilfe der Atomenergie plant. Schon heute sind seine Wissenschaftler in Chalk River in der Lage, über 100 verschiedene radioaktive Isotopenarten herzustellen. Sie sitzen vor Berechnungen und Experimenten, aus denen einmal Atomlokomotiven und Atomschiffe hervorgehen werden, sie spüren mit radioaktiven Isotopen den Weg auf, den der Saft in den Pflanzen nimmt, setzen sie für Versuche zur Erforschung der Photosynthese ein, suchen mit ihrer Hilfe nach unsichtbaren Materialfehlern und kontrollieren mit ihnen die Verhüttungsprozesse und bestimmte Vorgänge beim Bohren von Erdöl sowie die Reaktion von Bakterien auf Gammastrahlen. Besonders erfolgreich erwiesen hat sich ihre Isotopenforschung auf dem Gebiet der Medizin: Isotope leisten heute in den Krankenhäusern der ganzen Welt bei der Behandlung von Blut- und Schilddrüsenkrankheiten, der Bekämpfung von Krebs und vielen anderen Erkrankungen unschätzbare Dienste.

Weltberühmt wurde die in Chalk River konstruierte 'Kobaltkanone', ein Gerät, das mit der Strahlung des radioaktiven Isotopes Kobalt 60 arbeitet und selbst in schwierigen Fällen weit fortgeschrittene Krebserkrankungen und Gehirntumore wirksam zu bekämpfen vermag.

Alle diese Projekte, an denen die Atomforscher von Chalk River arbeiten, zeigen, welche Möglichkeiten der Menschheit für ihre weitere Entwicklung erschlossen werden können, wenn sie die friedliche Nutzung der Atomenergie anstrebt. Und darin liegt nicht zuletzt auch die große Bedeutung des kanadisch-deutschen Uranvertrages.

aus: hobby Das Magazin der Technik Nr. 1,  1959

Bearbeitet am: 09.05.2005/ad


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