Das sind in kurzen Worten die Ergebnisse einer Untersuchung über die Möglichkeit atombetriebener Lokomotiven, die von einer Forschergruppe der Universität Utah unter Leitung von Dr. L. B. Borst, Professor der Physik und ehemaligem Konstrukteur von Atommeilern für die Atomenergie-Kommission, durchgeführt wurden. Fünf Eisenbahngesellschaften und neun Industrieunternehmen standen den Forschern mit Rat und Tat zur Seite; die Untersuchung war privater Natur und stand in keiner Beziehung zu den Arbeiten der Atomenergie-Kommission.

Da sich die Untersuchung ausschließlich auf nicht geheime Unterlagen stützte, unterliegen ihre Ergebnisse auch keiner staatlichen Zensur, und so sind wir erstmalig in der Lage, durch diesen Bericht ein klares Bild von den mechanischen Gegebenheiten der Atomkraftverwendung im Transportwesen zu vermitteln.
Aus dem gleichen Grund muß der Bericht allerdings eine wichtige Zahl verschweigen - die genauen Kosten für reines Uran-235 - den Treibstoff --, die natürlich letztlich ausschlaggebend dafür sind, ob sich solche Atom-Riesen auf Rädern in der Praxis lohnen werden. Dr.
Borst glaubt jedoch, daß die geplante Lokomotive es „unter günstigen Verhältnissen mit dem Dieselantrieb wohl aufnehmen kann". Zunächst sollte die Untersuchung einmal zeigen, ob sich eine Atomlokomotive überhaupt herstellen läßt - was von vielen Fachleuten bisher bezweifelt wurde.

Das geplante Antriebsaggregat, das äußerlich einer stromlinienförmigen Dieselzugmaschine gleicht, ist 38 m lang. Es besteht aus zwei Teilen. Der vordere Teil - eine Kesselanlage ohne Schornstein - enthält den Kernreaktor und seine massive Abschirmung. Ferner birgt er eine Dampfturbine, elektrische Generatoren und elektrische Zugmotoren, die die 12 Triebachsen antreiben. Kurz gesagt: es handelt sich um eine Dampflokomotive mit elektrischer Kraftübertragung, deren Dampfkessel in den Kernreaktor selbst eingebaut ist und diesen noch umschließt. Im rückwärtigen Teil der Maschine befindet sich ein Kühlaggregat, das der Wirkung von über 1000 Autokühlern entspricht. Es soll das ihm von dem Kondensator der Dampfturbine zugeführte Wasser abkühlen und somit die überschüssige Wärme aus dem Atomaggregat an die Luft abgeben. Der Abdampf der Turbine wird vorher im Kondensator zu Wasser kondensiert.

Das Herz der X-12, der Kernreaktor, mißt 90 cm im Quadrat und ist 30 cm dick. Er kann so klein gehalten werden, weil er das sehr konzentrierte Uran-235 verbrennt. Sein Treibstoff soll eine wäßrige Lösung von Uranylsulphat, einem gelben oder gelblich-grünen Uransalz, sein. Wenn die Steuerstäbe aus dieser Treib
stoffflüssigkeit zurückgezogen werden, setzt eine Kettenreaktion ein. Die entstehende Hitze verdampft destilliertes Wasser, das sich in dem Mantel des Reaktors befindet, der zugleich der Dampfkessel für die Turbine der Lokomotive ist. Das Wasser, das chemisch absolut rein sein muß, zirkuliert nicht allein in diesem Mantel, sondern auch in 10 000 bleistiftdünnen Röhren aus rostfreiem Stahl, die von der Treibstoffflüssigkeit im Reaktor umgespült werden, um die Wärmeaufnahme rationeller zu gestalten. Hat der Dampfdruck die nötige Stärke zum Antrieb der Lokomotive, dann hat der Lokführer leichte Arbeit. Die wichtigsten Instrumente in seinem Führerstand werden ein normales Dampfdruckmeßgerät und ein Amperemeter sein, ferner ein gewöhnlicher Regler, wie er heute schon bei elektrischen Zügen üblich ist. Eines der augenfälligsten Merkmale eines Atomexpresses wird seine ungeheuer schnelle Beschleunigung sein.

Die X-12 könnte so konstruiert werden, daß sie einen 5000 t schweren Zug aus stehendem Start in drei Minuten und 32 Sekunden auf eine Geschwindigkeit von 100 km/h beschleunigen würde. Die Durchschnittsleistung dieser. Lok beträgt zwar 7000 PS, ihr Reaktor stellt aber eine unbegrenzte und unerschöpfliche Kraftquelle dar. So könnte die Lokomotive für kürzere Zeiträume stark überlastet werden, und zwar schätzungsweise bis etwa 12 000 PS.

Wie aber läßt sich die starke Radioaktivität des Aggregats dieser Zugmaschine so gut abschirmen, daß das Zugpersonal und die Passagiere - und auch die Reisenden, die auf den Bahnsteigen warten - nicht gefährdet werden ?

Daran scheiterten bisher alle Projekte, die sich mit der Konstruktion von Atomlokomotiven befaßten. Schon im Jahr 1950 veröffentlichte eine Arbeitsgemeinschaft der Universität Princeton einen Studienbericht, in dem es hieß, die Abschirmungdieser tödlichen Strahlen würde mindestens 100 t an Material erfordern, was nach ihrer Ansicht bei den räumlichen Begrenzungen einer Lokomotive praktisch undurchführbar war.
Und nun ist es beim Entwurf der X-12 gelungen, 200 Tonnen Abschirmmaterial, also genau das Doppelte, in den engen Bauch der Lok zu zaubern ! Das ist nur möglich, weil man recht ausgefallene Ausrüstungselemente wie z.B. den sogenannten 'Dachshund'-Generator mit 2,5 m langen Rotoren vorsieht, die sich in Kammern von nur 60 cm Breite unterbringen lassen.

Das Innere der Atomlok

Dadurch kann der Reaktor in einem massiven Abschirmblock ruhen, der 1,20 m stark ist und im ganzen 3 X 4,5 x 4,5 m mißt. Er wird aus verschiedenen Metallschichten bestehen, die . die GammaStrahlen in Schach halten, sowie aus einem neutronenhemmenden wasserstoffhaltigen Material - Wasser, Paraffin oder Kunststoff.

Und welche Sicherheitsvorkehrungen lassen sich treffen, damit bei einem Zugunglück nicht die radioaktiven Materialien ausfließen oder bloßgelegt werden ? Zunächst werden die übereinanderliegenden Metallschichten der starken Abschirmvorrichtung dafür sorgen. daß bei einem Zusammenstoß die Trümmer der Lokomotive nicht von der radioaktiven Flüssigkeit bespritzt werden; sollten selbst einige Schichten der Abschirmung Schaden erleiden, so würden bestimmt andere intakt bleiben. So dann würde ein Aufprall den Reaktor automatisch ausschalten. Die Steuerstäbe sind in einem Winkel von 60° montiert, und jede Befestigungsstelle ist mit einem Abscherbolzen oder einem schwachen Glied ausgestattet. Bei einem Aufprall, der über ein Fünftel der normalen Schwerkraft hinausgeht, brechen die Bolzen, und die Schwerkraft besorgt den Rest. Aus der zurückgezogenen Lage fallen die
Steuerstäbe in das Zentrum des Reaktors zurück und stoppen die Kettenreaktion.

Wenn die Lokomotive auf vollen Touren läuft, leistet der Kernreaktor bis zu 30 000 Kilowatt in Form von Wärme, und die Temperatur der Treibstoffflüssigkeit wird 230° C betragen. Während bei dieser Temperatur die Verdampfung des Kesselwassers im Rohrsystem schnell vor sich geht, wird die Uranlösung selbst nicht zum Sieden kommen, denn sie steht. ja in ihrem Behälter unter einem Druck von 16 atü.
Doch etwas anderes bedroht die Treibstoffflüssigkeit: Unter der intensiven Strahlungswirkung des Reaktors zerfällt das Wasser der Treibstofflösung in Wasserstoff und Sauerstoff und zwar so schnell, daß in 13 Minuten 100/, der 242 Liter verlorengehen. Um diesen Verlust auszugleichen, werden der Wasserstoff und Sauerstoff einer neuartigen Vorrichtung, der 'Wiedervereinigungskammer', zugeführt. Dort verbindet sie ein Katalysator wieder zu Wasser, das dann erneut in den Treibstoffbehälter zurückfließt.

Auftanken und Inlandhaften

So haben wir im ganzen drei getrennte Wasserumlaufsysteme: eines für die Treibstofflösung des Reaktors, eines für das Kesselwasser und den Dampf, der kondensiert und nach seiner Antriebsleistung in der Turbine, wieder zum Kessel zurückgeführt wird, und eines für das Kühlwasser des Kondensators der Dampfturbine. Da alle drei Kreislauf-Systeme sind und das Wasser jeweils an seinen Ausgangspunkt zurückgelangt, ist der Wasserverbrauch der X-12 unbedeutend.

Das Auftanken wird allerdings zwei bis drei Tage Arbeit erfordern, der nur Atomfachleute gewachsen sind, die sich in der Behandlung 'heißen' Materials mittels ferngesteuerter Geräte auskennen. Man wird den Reaktor drei bis sechs Mal jährlich auffüllen müssen. Zwar sind vielleicht nur 10 % des Urans in der Zwischenzeit verbraucht worden; doch hat sich währenddessen so viel Atomasche (KernSpaltungsprodukte) angesammelt, daß die Kettenreaktion unterbunden wird. Daher muß die Treibstoffflüssigkeit aus dem Reaktor abgezogen, auf chemischem Wege gereinigt und - zusammen mit einer entsprechenden Menge frischen 'Atom-Treibstoffs' - wieder eingeführt werden.

Auch die Instandhaltung wird ein gänzlich neues Problem darstellen. Es wird sich nicht vermeiden lassen, daß die Dampfturbine von radioaktiven Stoffen verunreinigt wird - und eine 'heiße' Turbine zu überholen, dürfte keine angenehme Aufgabe sein!

Was den Kernreaktor anlangt, so muß er von vornherein so konstruiert sein, daß man ihn nie zu überholen braucht; denn seine starke Radioaktivität macht eine Reparatur praktisch unmöglich.

Nun, wird hier mancher einwenden, sind denn die Vorzüge der Atomlokomotive tatsächlich so bedeutend, daß sie den komplizierten und offensichtlich kostspieligen Betrieb aufwiegen ? „Der Atomantrieb wird sich dann durchsetzen", meint Dr. Borst, „wenn die Treibstoffkosten entsprechend gesenkt werden können." Und folgende Berechnungen erhärten seine These:

Eine Atomlokomotive muß man sozusagen schwer arbeiten lassen; ihre Arbeitskraft muß so vollständig ausgenutzt werden, daß die Urankosten sich so gut wie irgend möglich bezahlt machen. Sollte sie bei einem Einsatz von nur 200 Stunden im Monat ebenso rentabel wie eine Dieselmaschine arbeiten, so dürfte das Uran-235, das sie braucht, nicht mehr als 3 000 Dollar pro Pfund kosten. Ist sie jedoch 400 Stunden monatlich in Betrieb, arbeitet sie auch noch rentabel, wenn der Preis für das Uran-235 bei 11000 Dollar liegt.

Die Atomenergie-Kommission macht zwar keine Angaben über die Produktionskosten für Uran-235, doch hat sie schon genügend technische Daten veröffentlicht, daß sich kompetente Fachleute den Preis selbst errechnen können. Danach würde ein Pfund (454 g) Uran-235 ungefähr 9 000 Dollar kosten. Doch - wie gesagt - das ist eine inoffizielle Schätzung. Wenn diese Zahl auch nur annähernd stimmt, so bestehen gute Aussichten, daß eine Atomlokomotive wie die X-12 eines Tages gebaut wird.

aus:
hobby Das Magazin der Technik
Nr. 7 Juli 1954