atw - International Journal for Nuclear Power | 04.2022

atw Vol. 67 (2022) | Ausgabe 4 ı Juli
FEATURE | OTHER APPLICATIONS 14
| Abb. 10
Selfie der Geologiestation InSight bedeckt mit Marsstaub (Bild: NASA)
Uran-238 mit Deuterium Neptunium-238 und zwei
freie Neutronen erzeugt wurden. Nach anschließendem
Beta-Minus-Zerfall des Neptuniums
entsteht Plutonium-238. Als Ausgangsnuklid für
die Pu-238-Produktion lässt sich auch Neptinium-237
verwenden, das mit Neutronen bestrahlt
wird, wodurch wieder Neptunium-238 entsteht.
Neptunium-237 entsteht im nuklearen Brennstoffkreislauf
und kann durch Wiederaufarbeitung
gewonnen werden. Der Großteil des genutzten und
noch verfügbaren Bestands an Plutinium-238 für
Radionuklidbatterien in den Vereinigten Staaten
ist allerdings ein Nebenprodukt der Produktion
waffenfähigen Plutoniums in der Savannah River
Site bis 1988 14 . Nachdem zunächst Plutonium-238
von Russland gekauft worden war, wurde ab 2015
im Hochflussreaktor des Oak Rich National Laboratory
sowie im Advanced Test Reactor des Idaho
National Laboratory (INL) die Produktion für
zukünftige NASA-Missionen aus Neptunium-237
wieder aufgenommen. Diese soll bis 2025 auf 1,5
Kilogramm pro Jahr ausgebaut werden 15 . Das
Neptunium wird am INL gelagert, wo es noch
umfangreiche Bestände gibt. In Europa wird seit
vergangenem Jahr von einem belgischen Unternehmen
im Auftrag der ESA und in Kooperation
mit dem belgischen Nuklearforschungszentrum
SCK CEN und einem Unternehmen des Kernbrennstoffkreislaufs
das Projekt der Herstellung von
Plutonium-238 im belgischen Forschungsreaktor
BR2 aus Neptunium-237 aus der Wiederaufarbeitungsanlage
in La Hague verfolgt, um erstmals
eine europäische Radionuklidbatterie herzustellen
16 . Das Projekt steht im Zusammenhang mit
dem Lunar Gateway Programm der NASA, einer
Orbitalstation um den Mond. Zum europäischen
Beitrag gehört das Modul European Large Logistic
Lander (EL3), ein Infrastrukturmodul, das
Forschungsinstrumente oder Versorgungsgüter für
Astronauten einer bemannten Mondbodenmission
liefern kann. Dabei spielt die Strom- und Wärmeversorgung
in der 14-tägigen lunaren Nacht eine
wichtige Rolle, in der die Mondoberfläche bis auf
Minus 140 °C abkühlt 17 . Radioisoptopenbatterien
werden auch bei Anwendungen auf der Erde
genutzt, für die Energieversorgung entlegener
automatischer Wetterstationen, Leuchttürme oder
für Tracking- und Monitoring-Module zum Studium
des Verhaltens von Wildtieren. Neben Pu-238 wird
auch Strontium-90 als radioaktive Wärmequelle
genutzt. Aktuell werden federführend von der
französischen nationalen Agentur für radioaktive
Abfälle, Andra, erstmals Radioisotopengeneratoren
entwickelt, die Americium-241 als Energiequelle
nutzen sollen. Entwicklungziel sind dabei
autonom operierende Sensoren zur Überwachung
eines Endlagers für hoch radioaktive und langlebige
radioaktive Abfälle 18 .
Kerntechnische Antriebssysteme
Aktuell werden von der NASA, der Defense Innovation
Unit (DIU) und der Defense Advanced
Research Projects Agency (DARPA) sowie finanziert
vom US-Energieministerium und dem
US-Verteidigungsministerium auch verschiedene
Varianten von nuklearen Weltraumantriebssystemen
in Zusammenarbeit mit privaten Unternehmen
entwickelt 19 . NASA und DARPA arbeiten
an der Nuclear Thermal Propulsion (NTP), bei der
ein Kernspaltungsreaktor die Wärme liefert um ein
Antriebsmedium auf hohe Geschwindigkeiten in
einer Düse zu beschleunigen, ähnlich dem klassischen
chemischen Raketenantrieb. Der Vorteil
solcher Systeme liegt in einem doppelt so hohen
spezifischen Impuls verglichen mit den leistungsfähigsten
chemischen Systemen verbunden mit
einer nur halb so hohen Treibstoffmenge bzw.
halbiertem Verbrauch 20 . Diese Forschung kann auf
die Erfahrung von Programmen der fünfziger und
sechziger Jahre zurückgreifen, die damals fortgeschritten
waren, aber nicht angeschlossen wurden.
Die DIU arbeitet an Antriebssystemen auf Basis
einer neuen Generation isotopenbasierter nuklearthermischer
Systeme mit missionsspezifisch
14 https://en.wikipedia.org/wiki/Plutonium-238
15 https://www.energy.gov/ne/articles/idaho-national-lab-starts-second-plutonium-target-campaign-nasa-space-missions
16 https://www.neimagazine.com/news/newstractebel-to-evaluate-plutonium-238-as-fuel-for-space-exploration-9051643
17 https://www.sfen.org/rgn/larmee-americaine-sinteresse-a-la-propulsion-nucleaire/
https://www.esa.int/Science_Exploration/Human_and_Robotic_Exploration/Exploration/European_Large_Logistics_Lander
18 https://meusehautemarne.andra.fr/sites/meuse/files/2020-10/Fiche%20projet%20RTG%20VF.pdf
19 https://www.darpa.mil/news-events/2022-05-04
20 https://www.space.com/nasa-doe-fund-nuclear-thermal-space-propulsion-concepts
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Jenseits der Stromerzeugung – vielfältiger Nutzen der Kerntechnik ı Nicolas Wendler