Der TRIGA Reaktor der Universität Mainz

DerTRIGAReaktorderUniversitätMainz
Der TRIGA Mark-II Reaktor der Universität Mainz wurde Anfang
der 60ziger Jahre von der Firma General Atomics, San Diego,
USA, errichtet und 1967 durch Nobelpreisträger Otto Hahn in
Betrieb genommen. Seither ist der Reaktor durchschnittlich
200 Tage pro Jahr in Betrieb.
Beim TRIGA Reaktor handelt es sich um einen reinen
Forschungsreaktor, der für Ausbildung (Training), Forschung
(Research) und Isotopenproduktion (Isotope Production)
eingesetzt wird.
erenkov-Strahlung am TRIGA Mainz
Weltweit sind mehr als 30 TRIGA-Reaktoren an Universitäten und Forschungseinrichtungen in Betrieb. In
Deutschland gibt es neben dem TRIGA Mainz zwei weitere Forschungsreaktoren anderen Typs. In Berlin
befindet sich der Forschungsreaktor BER II mit einer 100-fach größeren Leistung und in München der
FRM II mit einer 200-fach größeren Leistung im Vergleich zum TRIGA Mainz. Kernkraftwerke, die zur
Energieerzeugung eingesetzt werden, haben eine etwa 30.000fach größere Leistung als der TRIGA Mainz.
Der TRIGA Mainz arbeitet mit niedrig angereichertem Brennstoff. Die Uran-235-Anreicherung beträgt
maximal 20 %.
Das Besondere an den TRIGA Reaktoren sind die Brennstoff-Moderator-Elemente: Innerhalb der
Brennelementhülle (Aluminium oder Edelstahl) befindet sich der Brennstoff (Uran-235) in Form einer
Legierung aus 8 Gewichtsprozent Uran, 1 Gewichtsprozent Wasserstoff und 91 Gewichtsprozent
Zirkonium. Diese Zirkonium-Wasserstoff-Matrix bewirkt, dass bei Temperaturerhöhung auf etwa 200°C
die Uran-Spaltreaktion zum Erliegen kommt. Der Reaktor schaltet sich selbstständig ab. Dieses Verhalten
bezeichnet man als inhärente Sicherheit.
Der TRIGA Mainz kann im Dauerbetrieb mit einer maximalen Leistung von 100 kW (thermisch) gefahren
werden. Außerdem ist ein Pulsbetrieb möglich, bei dem für eine Zeit von 0,025 Sekunden eine
Spitzenleistung von bis zu 250.000 kW erreicht werden kann. Auch dabei wird die Eigenschaft der
Brennstoff-Moderator-Elemente genutzt, dass bei Temperaturerhöhung die Spaltreaktion zum Erliegen
kommt. Ein Puls entspricht etwa 2 Minuten Dauerbetrieb bei der Dauerleistung von 100 kW. Im
Dauerbetrieb ist der TRIGA Mainz weltweit einer der kleinsten Reaktoren dieses Typs. Unter den TRIGA
Reaktoren weist der TRIGA Mainz das größte Anwendungsspektrum und die höchste Auslastung für
Forschung und Lehre auf.

SicherheitdesTRIGAMainz
Die Sicherheit des Reaktors ist durch folgende Eigenschaften des Reaktors gegeben:
Insbesondere die physikalischen Eigenschaften der Brennstoff-Moderator-Elemente sind für die
Sicherheit entscheidend, da sie bewirken, dass sich der Reaktor – unabhängig von
Steuerungselektronik oder menschlichem Versagen - bei Temperaturerhöhung abschaltet (s.o.).
Dies bedeutet, dass unkontrollierte Zustände (Kernschmelze) ausgeschlossen sind.
Die maximale Brennstofftemperatur erreicht selbst bei komplettem Verlust des Kühlwassers
maximal 250°C. Da Beschädigungen der Brennelementumhüllung erst bei 660°C einsetzten, ist
eine Nachkühlung nicht erforderlich und eine Beschädigung der Brennelementumhüllungen mit
einem Freisetzten von Spaltprodukten ausgeschlossen.
Die gesamte Anlage befindet sich sicherheitstechnisch auf dem aktuellen Stand von Wissenschaft
und Technik. Dies wird nicht nur durch qualitätssichernde Maßnahmen des Betreibers, sondern
durch zahlreiche wiederkehrende Prüfungen unter der Aufsicht der atomrechtlichen Aufsichtsund
Genehmigungsbehörde, dem Ministerium für Wirtschaft, Klimaschutz, Energie- und
Landesplanung (MWKEL), und der von dieser zugezogenen Sachverständigen sichergestellt.
Zusätzlich finden Überprüfungen durch EURATOM und IAEA zur Gewährleistung der Einhaltung
zur Nicht-Weiterverbreitung von Kernmaterial statt.
DieSicherheitsüberprüfungdurchdieReaktorsicherheitskommission
Als Folge des Reaktorunfalls von Fukushima wurde seitens der Bundesregierung eine zusätzliche
Sicherheitsüberprüfung (SÜ) aller deutschen Kernkraftwerke angeordnet, die auf die deutschen
Forschungsreaktoren mit einer Leistung größer 50 kW übertragen wurde.
Seitens der Reaktorsicherheitskommission (RSK) wurde ein Fragenkatalog für extreme,
auslegungsüberschreitende Ereignisse entwickelt, der von der Universität Mainz in Zusammenarbeit mit
der atomrechtlichen Aufsichts- und Genehmigungsbehörde für den TRIGA Reaktor beantwortet wurde.
Betrachtet werden u.a. naturbedingte Ereignisse wie Erdbeben, zivilisatorisch bedingte Ereignisse wie ein
Flugzeugabsturz und die Durchführung von Notfallmaßnahmen unter erschwerten Randbedingungen.
Als Bewertungskriterien wurden seitens der RSK sogenannte Robustheitslevel bzw.
Robustheitsschutzsgrade eingeführt, die zeigen, wie groß die Anlagenreserven gegen extreme äußere
Einwirkungen sind. Je höher Robustheitslevel bzw. Robustheitsschutzgrad sind, desto höher sind die
Reserven gegen Einwirkungen.
Die RSK hat ihre Stellungnahme für die Forschungsreaktoren im Juni 2012 im Internet auf der Homepage
der RSK veröffentlicht (http://www.rskonline.de/downloads/epanlage1rsk447hp.pdf ).
Der sichere Betrieb des TRIGA Mainz wird durch die RSK nicht in Frage gestellt. Somit kann der Reaktor
auf der Grundlage der bestehenden atomrechtlichen Genehmigung weiterbetrieben werden. Derzeit
wird die Höhe der Reserven für verschiedene extreme Ereignisse von der zuständigen atomrechtlichen
Aufsichts- und Genehmigungsbehörde unter Einbeziehung von externen Gutachtern überprüft.

Der von der RSK unterstellte hypothetische „Absturz eines großen Flugzeuges“ auf das Reaktorgebäude
mit kompletter Zerstörung des Gebäudes und aller Brennstoff-Moderator-Elemente kann für den TRIGA
als das für alle Einwirkungen abdeckende Ereignis betrachtet werden. Selbst in diesem Falle sind nach
derzeitigem Kenntnisstand Evakuierungsmaßnahmen der näheren Umgebung des TRIGA Mainz nicht
erforderlich. Derzeit ist der TÜV Rheinland durch die Aufsichts- und Genehmigungsbehörde beauftragt,
dies zu überprüfen.
AnwendungendesTRIGAMainz
Der TRIGA Forschungsreaktor wird ausschließlich als intensive Neutronenquelle in sehr verschiedenen
Forschungsgebieten eingesetzt. Seine herausragende Rolle in der kernchemischen und physikalischen
Grundlagenforschung wurde kürzlich mit dem Erfolg des Clusterantrags PRISMA im Rahmen der
Exzellenzinitiative, in dem der TRIGA Reaktor eine wichtige Rolle spielt, eindrucksvoll unter Beweis
gestellt. Der TRIGA Mainz verfügt über eine leistungsfähige Quelle für sogenannte „ultra-kalte
Neutronen“. Dies sind sehr langsame Neutronen mit Geschwindigkeiten kleiner als 10 m/s. Mit solchen
Neutronen können fundamentale Fragestellungen zum Standardmodell in der Physik bearbeitet werden.
Ein weiteres Forschungsgebiet betrifft die hochpräzise Massenbestimmung und die Laserspektroskopie
an Spaltprodukten. Diese beiden Forschungsgebiete am TRIGA sind zentrale Bestandteile von PRISMA.
Die UCN-Quelle wird auch externen Experimentatoren zur Verfügung gestellt (user facility).
Außerdem wird der TRIGA für Forschung in der Krebstherapie durch Neutroneneinfang, Neutronen-
Bestrahlungen von Zellkulturen für onkologische Studien, Neutronenaktivierungsanalyse zur
Spurenelement-Bestimmungen beispielsweise in archäologischen Proben und zur Weiterentwicklung
von Solarzellen eingesetzt.
Eine wichtige Aufgabe des TRIGA Mainz neben der Forschung sind die Ausbildung und Förderung des
wissenschaftlichen Nachwuchses sowie der Kompetenzerhalt in den Bereichen Kern- und Radiochemie,
Reaktorphysik und Strahlenschutz. Hierzu werden zahlreiche Kurse angeboten.
Insgesamt liefert der TRIGA Mainz wichtige Beiträge in Ausbildung und Forschung, die weit über die
Universität Mainz hinauswirken.

Blick in die Reaktorhalle des TRIGA Mainz