atw - International Journal for Nuclear Power | 05.2023
Ever since its first issue in 1956, the atw – International Journal for Nuclear Power has been a publisher of specialist articles, background reports, interviews and news about developments and trends from all important sectors of nuclear energy, nuclear technology and the energy industry. Internationally current and competent, the professional journal atw is a valuable source of information. www.nucmag.com
Ever since its first issue in 1956, the atw – International Journal for Nuclear Power has been a publisher of specialist articles, background reports, interviews and news about developments and trends from all important sectors of nuclear energy, nuclear technology and the energy industry. Internationally current and competent, the professional journal atw is a valuable source of information.
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nucmag.com<br />
2023<br />
5<br />
ISSN · 1431-5254 (Print) | eISSN · 2940-6668 (Online)<br />
32.50 €<br />
Fusion in 10 years –<br />
Is this ‘the real thing’ or<br />
‘here-we-go-again’?<br />
Kompetenz in Kerntechnik –<br />
eine dauerhafte Stärke der<br />
deutschen Wirtschaft<br />
Seit 67 Jahren<br />
im Dienste der Kerntechnik<br />
ITER and DEMO –<br />
Technology Challenges on<br />
the Way to Fusion <strong>Power</strong>
11–13 JUNE 2024 | LEIPZIG
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
Politischer Rückenwind für die Kernfusion in Deutschland<br />
3<br />
Liebe Leserinnen und Leser,<br />
in den vergangenen Monaten ist eine in dieser Deutlichkeit<br />
überraschende und positive Entwicklung hinsichtlich<br />
der Kernfusions<strong>for</strong>schung in Deutschland zutage getreten.<br />
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung<br />
(BMBF) setzt sich unter der Leitung von Bettina Stark-<br />
Watzinger sehr deutlich, man kann sagen geradezu enthusiastisch,<br />
für eine Intensivierung und Dynamisierung der<br />
Entwicklung der Kernfusion als Technologie zur praktisch<br />
nutzbaren und CO 2 -armen Strom- und Wärmeerzeugung<br />
in Deutschland ein.<br />
Im Dezember 2022 wurde eine Expertenkommission<br />
beauftragt, einen Überblick und Empfehlungen zur lasergetriebenen<br />
Trägheitsfusion zu geben, die im Mai vorgestellt<br />
wurden. Im März 2023 gründete die bundeseigene<br />
Agentur für Sprunginnovationen (SPRIND) die Pulsed<br />
Light Technologies GmbH und will in den kommenden<br />
5 Jahren 90 Millionen Euro in Laserfusion investieren. Im<br />
Juni 2023 fand ein Symposium zur Fusions<strong>for</strong>schung von<br />
BMBF und Bundesverband der Deutschen Industrie statt,<br />
auf dem insbesondere die Rolle und Bereitschaft der<br />
Industrie für die praktische Umsetzung der Fusionstechnologie<br />
betont wurde. Ebenfalls im Juni wurde ein<br />
Positionspapier des BMBF veröffentlicht, in dem auf Verbund<strong>for</strong>schung<br />
mit der Industrie und die Entwicklung<br />
eines entsprechenden technischen Ökosystems abgestellt<br />
und angekündigt wird, eine Rechtsgrundlage für Bau und<br />
Betrieb eines Fusionskraftwerks außerhalb des Atomrechts<br />
schaffen zu wollen. Aktuell wird an einem neuen<br />
BMBF-Forschungsprogramm für die Fusions<strong>for</strong>schung<br />
gearbeitet.<br />
Auch die etablierten Einrichtungen der Fusions<strong>for</strong>schung,<br />
insbesondere das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik<br />
(IPP) treiben die Dynamisierung der Fusionsentwicklung<br />
voran. So hat das IPP in diesem Jahr Kooperationsabkommen<br />
mit drei Fusions-Start-up Unternehmen geschlossen,<br />
darunter mit der von Mitarbeitern des IPP gegründeten<br />
Proxima Fusion, die auf Basis der Stellarator-Technologie<br />
des Fusionsexperiments Wendelstein 7-X in Greifswald<br />
ein Kraftwerk entwickeln will. Insgesamt gibt es drei Startup<br />
Unternehmen der Kernfusion in Deutschland.<br />
Alle diese Aktivitäten und Initiativen zielen auf die<br />
Beschleunigung der Fusionsentwicklung und damit der<br />
praktischen Nutzung der Kernfusion zur Stromerzeugung.<br />
Damit ist auch klar, dass die Rolle der Industrie künftig<br />
größer sein wird und größer sein muss, denn die Fusion<br />
tritt nach einer Reihe von Erfolgen in verschiedenen internationalen<br />
Experimenten aus dem Bereich der Grundlagen<strong>for</strong>schung<br />
heraus und befindet sich im Übergang zur<br />
angewandten Forschung und technisch-industriellen Entwicklung,<br />
in denen immer stärker ingenieurwissenschaftliches<br />
Know-how benötigt wird.<br />
Karlsruher Institut für Technologie und dem Forschungszentrum<br />
Jülich sowie generell die Laser<strong>for</strong>schung gut<br />
aufgestellt sind, sondern Deutschland auch in der fusionsorientierten<br />
Kerntechnik der Industrie führend vertreten<br />
ist. Exemplarisch sei hier Bilfinger Noell genannt, die seit<br />
Jahrzehnten Fusionsprojekte u. a. mit supraleitenden<br />
Magnetspulen beliefert, die zentrale Komponenten der<br />
Anlagen sind sowie Kraftanlagen Heidelberg, die federführend<br />
die Tritium-Handhabung für ITER entwickelt<br />
sowie an den Design- und Machbarkeitsstudien für die<br />
Brennstoffkreislaufarchitektur und das <strong>Power</strong> Conversion<br />
System für das geplante Demonstrationskraftwerk DEMO<br />
arbeitet.<br />
Zugleich muss man sagen, dass es für das erhöhte Engagement<br />
der Politik für die Fusionsentwicklung höchste Zeit<br />
ist. Nicht nur, dass Konzepte zur Trägheitsfusion bislang<br />
weitgehend ohne deutsche Beteiligung entwickelt werden;<br />
sondern vor allem die positive Entwicklung von Startup<br />
Unternehmen und bei der Bereitstellung von<br />
Wagniskapital sowie erhöhte staatliche Fördermittel insbesondere<br />
in den Vereinigten Staaten und dem Vereinigten<br />
Königreich müssen dazu führen, die Kernfusion auch<br />
hierzulande politisch stark zu unterstützen. Ein erstes<br />
Warnzeichen im Sinne der Dringlichkeit intensiverer<br />
Fusions<strong>for</strong>schung in Deutschland ist die aktuelle Ankündigung<br />
des deutschen Start-ups Marvel Fusion, das an<br />
einer Variante der lasergetrieben Trägheitsfusion arbeitet<br />
und nunmehr anstatt in Deutschland Teile der Weiterentwicklung<br />
seines Konzepts in einer öffentlich-privaten<br />
Partnerschaft mit der Colorado State University auf der<br />
Finanzierungsgrundlage des LaserNetUS-Förderprogramms<br />
der US-Bundesregierung <strong>for</strong>tführt.<br />
In diesem Sinne sind die Initiativen des BMBF und insbesondere<br />
das neue Forschungsprogramm sehr positiv und<br />
wichtig. Zugleich muss aber darauf geachtet werden, dass<br />
auch langfristig die Kontinuität der Fusions<strong>for</strong>schung/-<br />
entwicklung und ihre Strukturfinanzierung in Deutschland<br />
gewahrt werden, dass Projekt<strong>for</strong>schungsmittel und<br />
Mittel für neue Fusions<strong>for</strong>schungsfelder tatsächlich<br />
zusätzliche Mittel sind und die Industrie bei der Errichtung<br />
neuer Forschungsinfrastrukturen unter ihrer engen<br />
Einbindung nicht finanziell über<strong>for</strong>dert wird. Es gilt dabei<br />
im Auge zu behalten, dass mutmaßlich nicht alle Mitglieder<br />
des Bundeskabinetts und ihre Parteien den Enthusiasmus<br />
der Forschungsministerin für die Fusion teilen und<br />
dass die Fusions<strong>for</strong>schung trotz aller Dynamisierung noch<br />
einen langen Atem und viele Legislaturperioden bis zur<br />
praktischen Nutzung brauchen wird.<br />
EDITORIAL<br />
An dieser Stelle ist es gut zu wissen, dass in Deutschland<br />
nicht nur die Fusions<strong>for</strong>schung mit dem IPP, dem<br />
Nicolas Wendler<br />
– Chefredakteur –<br />
Editorial<br />
Neuorientierung und Aufbruch
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
Inhalt<br />
4<br />
CONTENTS<br />
Ausgabe 5<br />
2023<br />
September<br />
Editorial<br />
Politischer Rückenwind für die Kernfusion in Deutschland . . . . . .3<br />
Nicolas Wendler<br />
Did you know? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5<br />
Kalender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6<br />
Feature<br />
Fusion in 10 years – Is this ‘the real thing’ or ‘here-we-go-again’? . .7<br />
Jay Brister, Ruediger Koenig, John Warden<br />
Interview mit Sibylle Günter<br />
Ohne ein stärkeres staatliches Engagement wird es<br />
keine Energie aus Fusionskraftwerken geben . . . . . . . . . . . . . . 17<br />
Nicolas Wendler<br />
Special Topic | <strong>Nuclear</strong> Technology Made in Germany<br />
Kompetenz in Kerntechnik – eine dauerhafte Stärke<br />
der deutschen Wirtschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21<br />
Nicolas Wendler<br />
Research and Innovation<br />
ITER and DEMO – Technology Challenges<br />
on the Way to Fusion <strong>Power</strong>. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37<br />
Klaus Hesch, Robert Stieglitz<br />
Education and Training<br />
Kerntechnische Lehrstühle:<br />
• TUM Center <strong>for</strong> <strong>Nuclear</strong> Safety and Innovation (TUM.CNSI) . . . . 45<br />
Tobias Chemnitz, Christian Reiter<br />
• Karlsruher Institut für Technologie (KIT) . . . . . . . . . . . . . . . . 49<br />
Walter Tromm, Sascha Gentes<br />
Decommissioning and Waste Management<br />
Best Practice Guidelines and Lessons Learned from<br />
Robotic System Deployment in <strong>Nuclear</strong> Decommissioning . . . . . . 53<br />
Howard Chapman, John-Patrick Richardson, Colin Fairbairn, Antonio Di Buono, Andrew Gale<br />
KTG – Fachinfo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61<br />
Vor 66 Jahren<br />
Forschungsreaktor FR 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64<br />
Cover:<br />
Fish-eye top view of<br />
ITER assembly hall with<br />
tokamak pit on the right.<br />
(© ITER Organization,<br />
http://www.iter.org/)<br />
KTG Inside<br />
• Nuklearprogramme in Europa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68<br />
• Aus- und Weiterbildungsexkursion der<br />
Kerntechnischen Gesellschaft e. V. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69<br />
• Geburtstage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70<br />
Impressum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60<br />
Inhalt
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
Did you know?<br />
Finanzierung des Kernkraft-Neubauprogramms in Frankreich<br />
In einer ihrer Mitteilungen mit dem Titel „Wie lässt sich die Erneuerung<br />
des Kernkraftwerksparks finanzieren? – Entwicklung<br />
eines Finanzierungsmodells um wettbewerbsfähigen Strom für<br />
Frankreich zu garantieren“ hat die Société française d’énergie<br />
nucléaire (SFEN) im Oktober 2022 Finanzierungsmöglichkeiten<br />
für das französische Neubauprogramm für Kernkraftwerke beleuchtet.<br />
Ausgangspunkt der Betrachtungen sind zum einen<br />
die bekannte Tatsache, dass Kernkraftwerksprojekte sehr<br />
kapitalintensiv sind und mit einem stark verzögerten Einnahmenfluss<br />
ein ungünstiges Risikoprofil für Investoren haben, zu<br />
dem sich noch politische sowie Markt- und Baurisiken gesellen.<br />
Zum anderen wird festgehalten, dass ein wettbewerbsfähiger<br />
und volkswirtschaftlich sinnvoll optimierter Strompreis mit<br />
Kernkraftwerken nur mit einem größeren Bauprogramm –<br />
das zeigen besonders die Erfahrungen außerhalb der OECD<br />
sowie die historischen Erfahrungen in Frankreich – sowie<br />
bei moderaten Kapitalkosten erreicht werden kann. Zugleich<br />
zeigt sich, dass die großen europäischen (Strom-)Versorgungsunternehmen<br />
nicht mehr in der Lage sind, unter den heutigen<br />
Marktbedingungen das finanzielle Risiko eines größeren Kernkraftbauprogramms<br />
in ihren Bilanzen zu tragen. Damit fällt die<br />
Möglichkeit einer Finanzierung wie beim historischen Bauprogramm<br />
von 1970 bis 2000 aus, das durch Eigenmittel, kleinere<br />
staatliche Förderungen und Fremdkapitalaufnahme unter sehr<br />
günstigen, weil stabilen Umständen finanziert wurde.<br />
Durch die heute höheren politischen Risiken und ein erhebliches<br />
Marktrisiko in preislich volatilen liberalisierten Strommärkten<br />
– das Baurisiko soll durch ein größeres, serialisiertes Bauprogramm<br />
und eine Vereinfachung des Reaktordesigns vermindert<br />
werden – er<strong>for</strong>dert die Finanzierung des Neubauprogramms<br />
andere Ansätze. In der Sfen-Mitteilung werden dabei die Modelle<br />
der Finanzierung des Kernkraftwerk Paks in Ungarn, des<br />
Projekts Dukovany II in Tschechien, Olkiluoto 3 in Finnland sowie<br />
Hikley Point C (HPC) und Sizewell C (SZC) im Vereinigten Königreich<br />
betrachtet. Im Fall Paks wird die neue Doppelblockanlage<br />
vom Typ VVER von Rosatom von einer staatlichen Gesellschaft<br />
errichtet und großteils durch einen zwischenstaatlichen Kredit<br />
von Russland in Höhe von 10 Milliarden Euro finanziert, der erst<br />
ab Inbetriebnahme voraussichtlich 2031 bedient werden muss.<br />
Insgesamt liegt die Höhe der Kapitalkosten für das Projekt bei<br />
drei Prozent, was zu einem Strompreis von rund 55 Euro pro<br />
Megawattstunde (MWh) führen soll. Der Strom wird ohne gesonderte<br />
Abnahmegarantien o. Ä. am Markt verkauft. Dieses<br />
Modell wurde mit einigen Auflagen von der EU-Kommission<br />
beihilferechtlich genehmigt. Das Projekt Dukovany, dessen<br />
Kosten auf 7,5 Milliarden Euro geschätzt werden, wird von der<br />
überwiegend in Staatseigentum befindlichen CEZ errichtet und<br />
durch einen staatlichen Kredit in voller Höhe der Baukosten<br />
finanziert. Der Zinssatz des Kredits liegt in der Bauphase bei<br />
Null, danach bei zwei Prozent, die Laufzeit liegt bei 30 Jahren.<br />
Im Gegenzug ist ein anpassbarer Festpreis für den Strom über<br />
die gesamte Anlagenlaufzeit vereinbart, der zwischen 50 und<br />
60 Euro pro MWh liegen soll. Es gibt auch eine Absicherung für<br />
besondere Risiken, etwa politischer Art. Dieses Modell wird von<br />
der EU-Kommission geprüft.<br />
Im Vereinigten Königreich wurden für die Projekte HPC und<br />
SZC jeweils innovative Finanzierungsmodelle entwickelt. Für<br />
HPC war es der Contract <strong>for</strong> Difference, mit einem staatlich<br />
garantierten Abnahmepreis (strike price) und einer Übergewinnabführung<br />
im Fall höherer Markterlöse. Dieses Modell<br />
hat allerdings zu einer recht hohen impliziten Rendite von<br />
rund 9 Prozent geführt, weil das Baurisiko ausschließlich bei<br />
den Investoren belassen hat und es nicht aufgeteilt wurde. Der<br />
britische Rechnungshof kritisierte das Modell deshalb als für<br />
die Stromkunden suboptimal. Für SZC wurde ein Instrument<br />
adaptiert, dass für andere Infrastrukturprojekte in UK Verwendung<br />
findet, insbesondere im Fall natürlicher Monopole, das<br />
RAB-Modell (Regulated Asste Base). Hierbei wird den Investoren<br />
auf ihre Kosten bis zu einer vorher vereinbarten Obergrenze<br />
eine regulierte Rendite zugesichert – eine gesicherte Rendite<br />
fehlt dem CfD-Modell – und somit das finanzielle Projektrisiko<br />
zwischen Investoren und Stromkunden sowie jenseits der<br />
Obergrenze mit dem Staat, also dem Steuerzahler geteilt. Der<br />
Vorteil sind dabei reduzierte Kapitalkosten in der Größenordnung<br />
einer Verzinsung von rund fünf Prozent. Dies führt zu<br />
deutlich niedrigeren Stromkosten von 44 bis 66 Euro pro MWh<br />
statt den aktuell 102 Euro pro MWh für das inflationsindexierte<br />
CfD-Modell bei HPC.<br />
Für die erste Tranche des Neubauprogramms will EDF Stromgestehungskosten<br />
unterhalb von 70 Euro pro MWh erreichen, was<br />
bei geschätzten Gesamtkosten zwischen 50 und 55 Milliarden<br />
Euro Kapitalkosten zwischen vier und fünf Prozent er<strong>for</strong>derlich<br />
macht. Da EDF bereits stark verschuldet ist und direkte staatliche<br />
Kredite möglicherweise nicht umsetzbar sind, empfiehlt Sfen ein<br />
französisches Finanzierungsmodell ähnlich dem britischen RAB-<br />
Modell zu entwickeln, ggf. in Kombination mit einem niedrig<br />
bepreisten CfD. Einen weiteren Beitrag kann die Investitionsund<br />
Betriebskostenbeteiligung stromintensiver Unternehmen<br />
leisten, für die diese Strombezugsrechte zum Selbstkostenpreis<br />
erhalten, ähnlich dem finnischen Mankala-Modell, das für einen<br />
Teil der Investition in das Projekt Olkiluoto 3 zur Anwendung<br />
gekommen ist. Bei Flamanville 3 wurde mit dem Exeltium-Konsortium<br />
bereits eine solche Regelung genutzt. Im historischen<br />
Kernkraftprogramm haben sich in der gleichen Weise auch<br />
verschiedene ausländische Stromversorger an französischen<br />
Kernkraftwerken beteiligt, was auch für das aktuelle Neubauprogramm<br />
wieder genutzt werden könnte.<br />
Quelle:<br />
Avis de la Sfen : HYPERLINK<br />
https://www.sfen.org/wpcontent/uploads/2022/10/<br />
Etude-financement-Sfen-<br />
MAJ-oct-2022.pdf<br />
Comment financer le renouvellement<br />
du parc nucléaire?<br />
– Construire un modèle de<br />
financement afin de garantir<br />
une électricité compétitive<br />
pour la France;<br />
Sfen, 13 octobre 2022<br />
DID YOU EDITORIAL KNOW? 5<br />
Did you know?
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
Kalender<br />
CALENDAR 6<br />
2023<br />
05.09. – 06.09.2023<br />
10. Symposium Lagerung und Transport<br />
radioaktiver Stoffe.<br />
TÜV NORD, Hannover, Germany<br />
https://www.tuev-nord.de/de/unternehmen/<br />
veranstaltung/details/bildung/symposium-lagerung-und-transport-radioaktiver-stoffe/<br />
27.09. – 28.09.2023<br />
Technologies & Solutions <strong>for</strong> a low-carbon<br />
Hydrogen Future.<br />
Trans Global Events, Bremen, Germany<br />
https://www.hydrogen-worldexpo.com/<br />
28.09. – 29.09.2023<br />
Mitgliederversammlung WIN Germany.<br />
Kernkraftwerk Grafenrheinfeld<br />
http://www.win-germany.org/<br />
31.10.2023<br />
<strong>Nuclear</strong> Security Conference 2023.<br />
<strong>Nuclear</strong> Institute, London, UK<br />
https://www.nuclearinst.com/events/nuclearsecurity-conference-2023/15909?occid=21791<br />
04.11.2023<br />
Karriereportal Kerntechnik.<br />
actimondo, Ruhr-Universität Bochum<br />
https://karriereportal.actimondo.com<br />
06.09. – 08.09.2023<br />
World <strong>Nuclear</strong> Symposium 2023.<br />
World <strong>Nuclear</strong> Association, London, UK<br />
https://www.wna-symposium.org<br />
10.09. – 14.09.2023<br />
INGSM-23 – <strong>International</strong> <strong>Nuclear</strong> Graphite<br />
Specialists Meeting.<br />
In cooperation with IAEA, Aachen, Germany<br />
https://ingsm2023.com/<br />
10.09. – 15.09.2023<br />
MT-28 – <strong>International</strong> Conference on Magnet<br />
Technology.<br />
CEA/ITER, Aix-en-Provence, France<br />
https://mt28.aoscongres.com/home!en<br />
11.09. – 14.09.2023<br />
NENE 2023 – <strong>Nuclear</strong> Energy <strong>for</strong> New Europe.<br />
<strong>Nuclear</strong> Society of Slovenia, Portorož, Slovenia<br />
https://www.djs.si/nene2023<br />
12.09. – 13.09.2023<br />
<strong>Nuclear</strong> Energy Congress & next nuclear events.<br />
Ministry of Climate and Environment,<br />
Republic of Poland, Cracow, Poland<br />
https://www.euronuclear.org/project/i-nuclearenergy-congress-next-nuclear-events-12-13-september-2023-krakow-poland/<br />
13.09. – 15.09.2023<br />
safeND 2023 – BASE research symposium.<br />
Copernicus Publications, Berlin, Germany<br />
https://www.base.bund.de/EN/topics/research/<br />
events/safend/safend-2023.html<br />
18.09. – 22.09.2023<br />
NuSym 2023 – <strong>International</strong> Symposium on<br />
<strong>Nuclear</strong> Symmetry Energy.<br />
GSI Helmholtz Centre <strong>for</strong> Heavy-Ion Research<br />
GmbH, Darmstadt, Germany<br />
https://indico.gsi.de/event/17017/<br />
20.09. – 22.09.2023<br />
NUTECH 2023.<br />
AGH University of Science and Technology,<br />
Krakow, Poland<br />
http://nutech-2023.agh.edu.pl/<br />
01.10. – 06.10.2023<br />
ICNC 2023 – <strong>International</strong> Conference<br />
on <strong>Nuclear</strong> Criticality Safety.<br />
NEA, Sendai, Japan<br />
https://icnc2023.jaea.go.jp/<br />
03.10.2023<br />
SMR Business Day 2023.<br />
Fin<strong>Nuclear</strong>, Espoo, Finland<br />
https://finnuclear.fi/smr-business-day-2023/<br />
03.10. – 06.10.2023<br />
ICEM 2023 – <strong>International</strong> Conference<br />
on Environmental Remediation &<br />
Radioactive Waste Management.<br />
ASME, Stuttgart, Germany<br />
https://event.asme.org/ICEM<br />
09.10. – 13.10.2023<br />
<strong>International</strong> Conference on Climate Change<br />
and the Role of <strong>Nuclear</strong> <strong>Power</strong> 2023.<br />
IAEA, Vienna, Austria<br />
https://www.iaea.org/events/atoms4climate-2023<br />
16.10. – 21.10.2023<br />
FEC 2023 – 29 th IAEA Fusion<br />
Energy Conference.<br />
IAEA, London, UK<br />
https://www.iaea.org/events/fec2023<br />
23.10. – 25.10.2023<br />
TINCE’23 – Technological Innovations<br />
in <strong>Nuclear</strong> Civil Engineering.<br />
Sfen, Paris, France<br />
https://www.sfen.org/evenement/tince23/<br />
26.10.2023<br />
Kernenergie – Wann steigt Deutschland<br />
wieder ein?<br />
Initiative „Rettet unsere Industrie“,<br />
Frankfurt am Main, Germany<br />
https://www.akademie-bergstrasse.de/kernenergie-tagung-2023<br />
13.11. – 16.11.2023<br />
ICOND 2023.<br />
Aachen Institute <strong>for</strong> <strong>Nuclear</strong> Training,<br />
Aachen, Germany. www.icond.de<br />
21.11. – 22.11.2023<br />
Fachworkshop Zwischenlagerung 2023.<br />
BGZ Gesellschaft für Zwischenlagerung mbH,<br />
Berlin, Germany<br />
https://bgz.de/veranstaltung/fachworkshopzwischenlagerung-2023/<br />
27.11. – 01.12.2023<br />
<strong>International</strong> Conference on Research Reactors:<br />
Achievements, Experience<br />
and the Way to a Sustainable Future.<br />
IAEA, Dead Sea, Jordan<br />
https://shorturl.at/ixzFY<br />
28.11. – 30.11.2023<br />
World <strong>Nuclear</strong> Exhibition.<br />
Paris Nord Villepinte – Hall 7, France<br />
www.world-nuclear-exhibition.com<br />
07.02. – 09.02.2024<br />
Long-Term Operation Summit.<br />
Swissnuclear & World <strong>Nuclear</strong> Association,<br />
Andermatt, Switzerland<br />
https://lto-summit.org/<br />
07.03.2024<br />
Small & Advanced <strong>Nuclear</strong> Reactors NEI.<br />
Idaho Falls, Idaho, USA<br />
https://www.neimagazine.com/news/newssmalland-advanced-reactors-2024-call-<strong>for</strong>papers-10905507<br />
10.03. – 14.03.2024<br />
WM2024.<br />
X-CD Technologies, Phoenix, AZ, USA<br />
https://www.wmsym.org/<br />
25.09. – 29.09.2023<br />
NPC 2023 – <strong>International</strong> Conference<br />
on <strong>Nuclear</strong> Plant Chemistry.<br />
SFEN, Antibes, France<br />
https://www.nuclearinst.com/events/sfen-npc-<br />
2023-international-conference-on-nuclear-plantchemistry/15571<br />
welcomes<br />
11.06. – 13.06.2024<br />
KernD e. V. und KTG e. V., Leipzig, Germany<br />
https://kerntechnik.com/de/<br />
This is not a full list and may be subject to change.<br />
Calendar
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
Fusion in 10 years – Is this ‘the real<br />
thing’ or ‘here-we-go-again’?<br />
Can fusion energy become a significant contributor towards net zero by 2050?<br />
Jay Brister, Ruediger Koenig, John Warden<br />
Introduction<br />
Fusion energy is increasingly making headlines as an energy source which is ready to help mitigate the impacts<br />
of climate change. It has been long sought after as the “holy grail” of energy sources touting an almost<br />
endless source of fuel, its high energy density, no runaway reaction, and no long-lived radioactive waste<br />
streams. Research on fusion has been going on <strong>for</strong> almost 70 years, with breakthrough always “just another<br />
20 years away”. So, what is making the difference today? This article examines the following questions:<br />
1. Is fusion ready to become a viable commercial energy source? 2. What are the challenges the technology<br />
faces to reach that viability?<br />
In the first article in this series 1 we addressed what<br />
needs to facilitate Small Modular Reactor and advanced<br />
fission deployment at scale:<br />
Issue 1: The scale and profile of financial support<br />
<strong>for</strong> technology deployment<br />
Issue 2: The capacity and agility of the technology<br />
Supply Chain<br />
Issue 3: Modifications to Energy Market Design to<br />
accommodate technology advantages<br />
Issue 4: The technology implementation risk in<br />
technology designs still not eliminated<br />
Issue 5: Alignment of technology design and siting<br />
licensing systems<br />
Issue 6: Successful technology deployment will<br />
encompass significantly more nuclear sites<br />
Issue 7: (<strong>Nuclear</strong>) industry culture is driven by<br />
excess risk aversion could spill over to<br />
Fusion<br />
Issue 8: Competition from other technologies<br />
In this article, we will refer to these in the context<br />
of the fusion sector, by highlighting with a reference<br />
to the particular issue number. In the third article,<br />
we will explore in more detail how these challenges<br />
may impact the future relative growth of fusion and<br />
SMR technologies.<br />
From the outset, the authors would like to make clear<br />
that we acknowledge and agree that fusion technology<br />
is being developed distinctly separate from fission<br />
technology – its industry, its stakeholders, the public<br />
see fusion as pure, clean, peaceful, and exciting and<br />
want to see it untouched by the negative attributes<br />
of “nuclear”.<br />
However, there are lessons to be learned, there<br />
are skills and capabilities to be shared, and from a<br />
pragmatic business perspective the two represent<br />
competing pathways to an equitable global energy<br />
supply and a net zero new energy system.<br />
| This article is the<br />
second in a 3-part<br />
series by NECG in<br />
<strong>atw</strong> – <strong>International</strong><br />
<strong>Journal</strong> <strong>for</strong> <strong>Nuclear</strong><br />
<strong>Power</strong>, to explore<br />
the role that new<br />
technology in nuclear<br />
fission and in<br />
fusion can have in a<br />
New Energy System,<br />
and what challenges<br />
they will need to<br />
overcome.<br />
PART<br />
2/3<br />
FEATURE | RESEARCH AUS DEN AND UNTERNEHMEN<br />
INNOVATION 7<br />
| Fig. 1<br />
Benefits of fusion energy.<br />
1 <strong>atw</strong> – <strong>International</strong> <strong>Journal</strong> <strong>for</strong> <strong>Nuclear</strong> <strong>Power</strong>, 4-23, June 2023, https://kernd.de/wp-content/uploads/2023/07/Article_From_Smart_Marketing_to_Building_a_<br />
New_Energy_System-Challenges_<strong>for</strong>_SMR_Global_Adoption_John_Warden_Ruediger_Koenig_<strong>atw</strong>_-2023-04.pdf<br />
Feature Research and Innovation<br />
Fusion in 10 years – Is this ‘the real thing’ or ‘here-we-go-again’? ı Jay Brister, Aus Ruediger den Koenig, Unternehmen<br />
John Warden
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
FEATURE | RESEARCH AUS DEN AND UNTERNEHMEN<br />
INNOVATION 8<br />
Fusion energy<br />
Fusion can uniquely benefit the world. It is a technology<br />
that can satisfy all the real-world economic,<br />
social, and political constraints of energy. Here are<br />
some of the noted benefits of fusion energy (Figure<br />
1). The figure also highlights some of the noted<br />
differences between fusion and fission – no longterm<br />
high-level waste, no possibility of a meltdown<br />
or runaway reaction, and very low proliferation risk.<br />
What is fusion?<br />
Fusion is the process by which two light atoms fuse to<br />
<strong>for</strong>m a single heavier atom releasing large amounts<br />
of energy as a byproduct. As depicted in Figure 2, the<br />
most common approach to fusion energy uses two<br />
isotopes of hydrogen, deuterium, and tritium as fuel<br />
<strong>for</strong> fusion. Deuterium can be distilled from water,<br />
while tritium will be produced during the fusion reaction<br />
as fusion neutrons interact with lithium. A<br />
noted critical challenge is how to breed and recover<br />
tritium reliably in a fusion machine.<br />
Background: Why Fusion? Why Now?<br />
What is Different?<br />
Recent years have seen a significant, quickly accelerating<br />
dynamic on the path towards making fusion<br />
a real option 2 . Various international and national<br />
Government funded programs are progressing the<br />
development of the technology with a longer-term<br />
deployment window. Private fusion technology<br />
developers are attempting to commercialize fusion<br />
powered electricity over the next decade with<br />
near-term demonstration projects underway. Governments<br />
have recognized the private dynamic and<br />
are establishing enabling programs to help progress<br />
these endeavours in parallel to the traditional public<br />
R&D programs. Lastly, momentum is progressing regulatory<br />
frameworks in order to de-risk technology<br />
deployment by eliminating regulatory uncertainty,<br />
but work is needed to achieve global harmonization<br />
of regulations.<br />
Technology development of fusion is accelerating<br />
from R&D towards commercial applications based<br />
on advances in three important areas:<br />
1) Maturing fusion science:<br />
p Plasma physics knowledge<br />
p Advanced simulation codes and modelling<br />
p Experimental confirmation of fusion theory<br />
p Movement from research to engineering<br />
delivery<br />
| Fig. 2<br />
What is Fusion? [I]<br />
Fusion is what powers the sun and the stars. The<br />
gravity of the stars creates the tremendous pressure<br />
and heat which enables lighter nuclei to fuse together<br />
into heavy nuclei releasing enormous amounts<br />
of energy. Scientists and engineers are working,<br />
as some put it, “to create the power of the sun in a<br />
bottle” here on earth. Part of their challenge is to<br />
create the conditions provided at the centre of stars<br />
to cause the fusion reaction to occur. The result of<br />
the fusion reaction is the creation of Helium and a<br />
very high energy neutron. These high energy neutrons<br />
are the source to provide the heat necessary to<br />
create electrical energy from fusion energy. Just like<br />
a conventional power plant, a fusion power plant will<br />
use this heat to produce steam and then electricity<br />
by way of turbines and generators.<br />
Fusion research has been ongoing <strong>for</strong> almost 7 decades.<br />
Until recently, this was carried out exclusively<br />
in large national and international programmes, and<br />
these continue. 3 Such Government funded programs<br />
like ITER tend to advance with longer delivery horizons.<br />
More recently, there is a movement in fusion,<br />
led by the private sector to commercialize fusion<br />
technology in the next decade. This is best typified<br />
by a half a dozen private fusion companies in the<br />
UK, Canada and the United States working on proofof-concept<br />
fusion machines today with operations<br />
slated to begin as early as 2024. Research is still required<br />
and ongoing, and the sector is evolving. New<br />
fusion challenges are moving towards engineering<br />
and operations challenges as private designs move<br />
<strong>for</strong>ward <strong>for</strong> near term fusion demonstration machines.<br />
2) New enabling technologies:<br />
p Additive and advanced manufacturing<br />
(3D printing)<br />
p Computational power and big data analytics<br />
2 We play with the expression: the option is becoming “real” but its value is still a game theory “real option”.<br />
3 The authors are familiar with and recognize the importance of these programs, but this article will skip discussion since well documented elsewhere, including the<br />
present Issue of <strong>atw</strong> – <strong>International</strong> <strong>Journal</strong> <strong>for</strong> <strong>Nuclear</strong> <strong>Power</strong>.<br />
Feature Research and Innovation<br />
Aus Fusion den in 10 Unternehmen<br />
years – Is this ‘the real thing’ or ‘here-we-go-again’? ı Jay Brister, Ruediger Koenig, John Warden
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
p High speed digital control systems<br />
p High temperature superconducting magnets<br />
The ability to deliver technology with these enabling<br />
technologies is another reason fusion is advancing<br />
at a different rate today. Advanced manufacturing<br />
allows developers to deliver complex components <strong>for</strong><br />
fusion machines cost effectively and rapidly – with<br />
the ability to quickly deliver a modified component.<br />
The latest simulation codes are by new high-speed<br />
computers delivering greater details in their analysis.<br />
And advancements in magnet technology is allowing<br />
fusion machines to be designed and developed more<br />
cost effectively to deliver better per<strong>for</strong>mance on a<br />
smaller scale.<br />
3) Private investment in fusion<br />
development (Issue 1)<br />
There has been a marked uptick in private investment<br />
in the private fusion sector as shown in Figure 3. This<br />
investment is being driven by the game-changing nature<br />
of fusion technology to the existing electricity<br />
generation sector and the aggregate impact of the<br />
potential benefits of carbon free generation from<br />
fusion technology, advancements in science and engineering,<br />
new enabling technologies, results from<br />
private and public fusion programs, and a multi-Trillion-dollar<br />
electricity market opportunity between<br />
now and 2050 to support decarbonization (Issue 7).<br />
This funding is promoting the rapid expansion of the<br />
private fusion sector.<br />
Cumulative Private Funding<br />
C U M U LATI VE P RI VATE FU N DI NG ( U SD $<br />
(USD $ Billions)<br />
BILLIONS)<br />
8<br />
7<br />
6<br />
Funding 2002 to 2018 1<br />
5<br />
2018 to 2021 2<br />
2021 to 2022 4,7<br />
4<br />
2022 to 2023 6,2<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
Funding 2002 to 2018 2018 to 2021 2021 to 2022 2022 to 2023<br />
| Fig. 3<br />
Cumulative private fusion funding. [III] US: 25<br />
UK: 3<br />
Canada: 1<br />
France: 1<br />
Sweden: 1<br />
Germany: 3<br />
Governments are<br />
velopment of private<br />
the recent public<br />
program put in<br />
ment of Energy.<br />
selected as participants<br />
factors above<br />
with varying approaches<br />
demonstration<br />
projected first power<br />
ternationally and<br />
programs are continuing<br />
logy in parallel<br />
Why is this significant?<br />
the different<br />
technology<br />
cally the learning-by-doing<br />
breakthrough(s),<br />
through and success.<br />
Italy: 1<br />
Israel: 1<br />
China: 2<br />
Japan: 3<br />
Australia: 1<br />
New Zealand: 1<br />
starting to support<br />
companies. One<br />
partnership milestone<br />
the United States<br />
private fusion companies<br />
this new program.<br />
advancing fusion technology<br />
to fusion energy<br />
machines in the mid-2020s<br />
early in the 2030s.<br />
national government<br />
progress fusion<br />
private developers.<br />
multiplies by a<br />
addressing the<br />
and speeds up dramati-<br />
curve towards achieving<br />
the probability of<br />
on this later in this<br />
also the de-<br />
fusion example<br />
is private<br />
place by Depart-<br />
Eight were<br />
in<br />
The are<br />
delivering<br />
and<br />
plants In-<br />
funded<br />
to techno-<br />
with the<br />
– it factor of<br />
40 approaches science<br />
and challenges<br />
hence break-<br />
More article.<br />
The U.S. based, international Fusion Industry Association<br />
(“FIA”) released its third global fusion<br />
industry survey in June 2023. [IV] Some noted points<br />
from this survey are:<br />
p 8 private companies have each raised in<br />
excess of $ 200 M USD (1 > $ 2 B, 1> $ 1 B)<br />
p When asked when your company will deliver<br />
power to the grid, of the 30 responders, half<br />
said 2030–2035<br />
p There are now over 40 private fusion companies<br />
globally developing fusion technology to<br />
supply clean energy to the grid.<br />
What very broadly are the challenges<br />
to commercializing fusion?<br />
Fusion has been demonstrated on a small scale by<br />
scientists, with a noted demonstration of a first scientific<br />
energy break even, meaning it produced more<br />
energy from fusion than the laser energy used to<br />
drive it, at Lawrence Livermore National Laboratory<br />
in December 2022 and repeated in July 2023. And,<br />
given the momentum in development the technology<br />
will scale up in the next few years lead by the private<br />
sector’s demonstration machines. It is the scaling up<br />
of the process that presents some well documented<br />
challenges to commercialization of fusion technology.<br />
These common challenges are similarly noted<br />
by multiple governmental agencies and engineering<br />
organizations around the world such as US Department<br />
of Energy, National Academy of Engineering,<br />
ITER, National Academy of Science, and the UKAEA<br />
to name a few.<br />
Technical Challenges (Issue 4)<br />
The UKAEA sums up the technical challenges quite<br />
well in the emphasis of their ongoing research focus<br />
<strong>for</strong> fusion [V] (Table 1).<br />
FEATURE | RESEARCH AUS DEN AND UNTERNEHMEN<br />
INNOVATION 9<br />
Feature Research and Innovation<br />
Fusion in 10 years – Is this ‘the real thing’ or ‘here-we-go-again’? ı Jay Brister, Aus Ruediger den Koenig, Unternehmen<br />
John Warden
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FEATURE | RESEARCH AUS DEN AND UNTERNEHMEN<br />
INNOVATION 10<br />
CHALLENGE AREA<br />
Materials Science<br />
Robotic Maintenance<br />
Plasma Exhaust<br />
Plasma Science<br />
Innovative Engineering<br />
Fuel Handling<br />
| Tab. 1<br />
Fusion Challenges and Research Focus.<br />
RESEARCH FOCUS<br />
Developing materials that can withstand the demanding conditions inside<br />
a fusion machine.<br />
Maintaining the reactor entirely with robotics and remote maintenance techniques.<br />
Designing an exhaust system to deal with the intense heat from the plasma.<br />
Confining fusion fuel in a plasma at temperatures ten times hotter than<br />
the sun’s core.<br />
Taking advantage of new engineering and manufacturing techniques to advance fusion<br />
development.<br />
Breeding and handling tritium fuel to power commercial fusion machines.<br />
Regulatory and Other Challenges (Issue 5)<br />
Materials will be needed that can withstand the<br />
maintenance systems <strong>for</strong> future fusion devices. [VII] chance to develop a global harmonized set of fusion<br />
assaults from products of the fusion reaction. Deuterium-fusion<br />
reactions produce helium, which can<br />
provide some of the energy to keep the plasma heated.<br />
But the main source of energy to be extracted<br />
from the reaction comes from the high energy neutrons<br />
produced in the fusion reaction. These neutrons<br />
will pass through the reactor chamber wall into a<br />
blanket of material surrounding the reactor, depositing<br />
In addition to the technological challenges, regulatory<br />
uncertainty and public acceptance will also need<br />
to be addressed. The recent advancements of the<br />
private fusion companies have spurred regulators<br />
to structure regulatory frameworks <strong>for</strong> the delivery<br />
of fusion technology. The UK and the US have taken<br />
the lead in this ef<strong>for</strong>t with frameworks established<br />
and plans to refine as fusion technology is deployed.<br />
their energy and heat that can then be used<br />
to produce power. (In advanced fusion machine designs,<br />
the neutrons would also be used to initiate<br />
reactions converting lithium to tritium.) Not only<br />
will the neutrons deposit energy in the blanket material,<br />
but their impact will convert atoms in the wall<br />
and blanket into radioactive <strong>for</strong>ms. Materials will be<br />
needed that can extract heat effectively while surviving<br />
the neutron-induced structural weakening <strong>for</strong><br />
extended periods of time.<br />
A key point in the newly announced fusion regulation<br />
frameworks is that the technology will not be<br />
regulated like fission. Regulators are adopting existing<br />
regulation used to regulate particle accelerators<br />
or other industrial processes to safely regulate the<br />
radiological hazard present in the current private fusion<br />
machine designs. Supporting this approach is<br />
an example in Figure 4, from the Health and Safety<br />
Executive (HSE) in the UK presentation in August<br />
of 2021 at the British Regulatory Horizons Council<br />
Methods also will be needed <strong>for</strong> confining the radioactivity<br />
Fusion Event. [VIII]<br />
induced by neutrons as well as preventing<br />
releases of the radioactive tritium fuel. In addition,<br />
interaction of the plasma with reactor materials will<br />
produce radioactive dust that needs to be removed.<br />
Building full-scale fusion generating facilities will<br />
require engineering advances to meet all of these<br />
challenges, including better superconducting magnets<br />
and advanced vacuum systems. The European<br />
Union and Japan are designing the <strong>International</strong><br />
Fusion Materials Irradiation Facility, where possible<br />
materials <strong>for</strong> fusion plant purposes will be developed<br />
and tested. Robotic methods <strong>for</strong> maintenance and<br />
repair will also have to be developed. [VI]<br />
| Fig. 4<br />
Fusion Hazard and Risk.<br />
The UKAEA is leading ef<strong>for</strong>ts to incorporate robotics.<br />
The Remote Applications in Challenging Environments<br />
(RACE) center is developing robotic and<br />
remote handling technology. The remote handling<br />
system on the European JET tokamak at Culham has<br />
undertaken over 30,000 hours of complex maintenance<br />
and upgrade tasks. This has enabled RACE<br />
to work with industry on robotics and autonomous<br />
These fusion regulatory structures will address the<br />
siting and licensing requirements <strong>for</strong> fusion power<br />
plants and, as they are based on less onerous requirements<br />
than <strong>for</strong> fission installations, may allow more<br />
flexible deployment. Other countries are beginning<br />
to take similar steps as fusion technology begins to<br />
develop in their borders. The bigger opportunity and<br />
future ef<strong>for</strong>t on the regulatory front is the need and<br />
Feature Research and Innovation<br />
Aus Fusion den in 10 Unternehmen<br />
years – Is this ‘the real thing’ or ‘here-we-go-again’? ı Jay Brister, Ruediger Koenig, John Warden
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
SUMMARY TABLE ON THE PATH FORWARD FOR FUSION<br />
Challenges confronting<br />
the fusion industry<br />
1. There’s the unique, revolutionary scientific<br />
achievement to generate energy at scale – a<br />
positive energy harvest through atomic fusion<br />
– which has no precedent, and to make this<br />
function in a sustained process over extended<br />
periods of time.<br />
2. There are large technical and materials challenges<br />
to produce, capture and transfer the<br />
energy produced, e.g.: how to contain plasma<br />
at 100 M °C; the effects on materials of high<br />
energy neutron irradiation; how to remove the<br />
energy created.<br />
3. The methods and technologies to capture<br />
and process the fusion energy and convert that<br />
to electrical energy must be made commercially<br />
viable.<br />
4. The new kinds of facilities must be constructed<br />
and operated safely, reliably, and<br />
efficiently.<br />
5. A new supply chain with fusion centric<br />
materials and technologies must be grown and<br />
established, including suitable skills.<br />
How is the fusion industry<br />
approaching these challenges?<br />
The industry is covering a variety of fusion<br />
techniques, and a diversity of engineering<br />
and materials solutions, across upwards of 40<br />
commercial developers pursuing 25 different<br />
approaches, as well as government mega-projects.<br />
The aim and hope is that this leads to<br />
steep learning curve with at least one of these<br />
players able to pass break-even consistently, to<br />
produce energy from fusion at scale.<br />
Most developers are primarily concentrating<br />
on demonstration of their chosen fusion concept;<br />
however, the leading private developers<br />
are also working on their first-of-a-kind power<br />
plant designs in parallel. Governments are also<br />
funding the development of preconceptual<br />
power plant designs – to be delivered in the<br />
next 5 years.<br />
Relevant regulatory regimes are being put in<br />
place, especially in the US and UK. Modern<br />
engineering and material techniques are being<br />
built to emerging designs to maximise reliability<br />
and efficiency. Nevertheless, many other<br />
technologies have failed – or taken long learning<br />
curves – to transition from basic design<br />
(“paper plants”) to real world implementation.<br />
Fusion facilities require a highly specialised<br />
supply chain that is being developed. For example,<br />
there is no robust global supply of the<br />
large superconducting components <strong>for</strong> fleet<br />
production of tokomak plants; this will need<br />
to be developed at pace once the concept has<br />
been demonstrated and scaling up commences.<br />
Similarly, the skills needed to design and<br />
manufacture a fusion plant are at present<br />
contained in only a few centres.<br />
Which “Issue” from<br />
the article does this<br />
relate to?<br />
4<br />
2, 4, 5<br />
5, 6, 7<br />
2<br />
| In the third article in<br />
our <strong>atw</strong> series, we<br />
will build on this<br />
assessment in the<br />
setting of different<br />
options the global<br />
market can pursue<br />
to achieve net zero<br />
goals.<br />
FEATURE | RESEARCH AUS DEN AND UNTERNEHMEN<br />
INNOVATION 11<br />
6. This must all be done within acceptable<br />
budget and quality parameters.<br />
The pace of development over the next decade<br />
will first challenge the developers’ ability<br />
to constrain cost while maintaining quality,<br />
through breakthrough, to commercial viability.<br />
It is also important to note that if net energy<br />
gain is demonstrated it is highly probable that<br />
significant investor interest will follow that<br />
achievement. This however will likely be a<br />
different investor class, with business models<br />
that will require successful EPC per<strong>for</strong>mance on<br />
a large scale.<br />
1, 6<br />
regulations to spur deployment in a global market.<br />
This is a very similar challenge to what SMR technologies<br />
face. The core regulatory constructs that<br />
address safety, codes and standards, security, emergency<br />
planning, non-proliferation, radioactive waste<br />
and decommissioning are nationalized and there is<br />
not a supported international agency in place to align<br />
and implement a globally accepted set of protocols<br />
and regulatory frameworks.<br />
Public acceptance will need to be better understood.<br />
The IAEA has done some preliminary polling [IV] in<br />
this space. The UK has also published some preliminary<br />
polling on the technology as seen in Figur 5 [X] ,<br />
but much more needs to be done globally to get a solid<br />
foundation established to address the public’s view<br />
of fusion close current knowledge gaps.<br />
Supply Chain Development (Issue 2)<br />
Fusion presents another supply chain dilemma. Fusion<br />
technology will require highly specialized and<br />
precision manufactured components. A robust supply<br />
chain will have to deliver components such as<br />
high-powered magnets, lasers, power electronics<br />
and semiconductors, ultra-efficient heat management<br />
technologies, and materials that can withstand<br />
the extreme conditions in a fusion vessel.<br />
And it will need to supply the fuel that powers the<br />
technology. The FIA published [XI] its first supply<br />
Feature Research and Innovation<br />
Fusion in 10 years – Is this ‘the real thing’ or ‘here-we-go-again’? ı Jay Brister, Aus Ruediger den Koenig, Unternehmen<br />
John Warden
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INNOVATION 12<br />
| Fig. 5<br />
Awareness of fusion<br />
energy (based on<br />
all people), Autumn<br />
2021 and Spring<br />
2022.<br />
chain analysis earlier this year. Some key supply<br />
chain opportunities and challenges relayed in that<br />
report are:<br />
p Fusion developers spent over $ 500m on their<br />
supply chain in 2022.<br />
p Spending by fusion developers is set to grow to<br />
over $ 7bn by the time they build their “First of a<br />
Kind” power plant, and potentially trillions in a<br />
mature fusion industry (timescales <strong>for</strong> this range<br />
from 2035–2050).<br />
p Contrary to widespread belief outside the<br />
industry, there was limited concern about geopolitical<br />
supply risk. No critical parts or materials<br />
face insufficient global supply or come solely<br />
from unstable countries. Where such risks exist,<br />
it is considered manageable with <strong>for</strong>esight and<br />
planning.<br />
p Recommendations focused on increased investment,<br />
both public and private into fusion to build<br />
confidence about the necessity of supplier scale,<br />
new lines of communication between the<br />
industry and its suppliers, and standardization<br />
of regulation to eliminate regulatory uncertainty<br />
to increase confidence in long-term investments.<br />
Globally, research and engineering ef<strong>for</strong>ts are continuing<br />
to address all of these challenges, in the<br />
developing supply chain, national laboratories,<br />
academia and in the ef<strong>for</strong>ts of the private fusion developers.<br />
$3,300/kW, and an average cost of electricity in the<br />
$50/MWh range <strong>for</strong> an ~500 MWe power plant. If<br />
these are indicative of where the sector can deliver<br />
the technology, it could be an attractive set of economics<br />
<strong>for</strong> fusion energy. Interestingly, these capital<br />
cost estimates are similar to those that were made<br />
<strong>for</strong> GEN-III+ nuclear power plants in 2000–2009.<br />
These NPP estimates were based on substantial industry<br />
experience – but what they did not predict<br />
were the enormous cost overrides due to complexity<br />
and general implementation problems with (nearly)<br />
all megaprojects in OECD countries. This experience<br />
points to one of the major challenges still ahead <strong>for</strong><br />
fusion plants. (Issue 4, Issue 6)<br />
In our judgement there<strong>for</strong>e, a critical success factor<br />
<strong>for</strong> fusion implementation projects will be how to<br />
judge and incorporate the necessary learning curve<br />
from technological feasibility, through industrial application,<br />
practical implementation, to commercial<br />
operation and per<strong>for</strong>mance optimization.<br />
How do privately funded fusion<br />
developers contrast with public<br />
mega-projects (ITER)?<br />
Fusion technology is advancing in government<br />
funded and privately funded approaches. Figure 6<br />
provides a high-level summary of three primary fusion<br />
technology approaches and some examples of<br />
entities developing each approach.<br />
What will fusion energy cost? (Issue 1)<br />
It is challenging to understand with limited in<strong>for</strong>mation<br />
available on the economics of the technology.<br />
One noted publicly available study on fusion economics<br />
by ARPA-E in the United States was updated<br />
in 2020. [XII] The results of that updated study estimated<br />
construction costs between $2,400/kW and<br />
Speed of business vs. speed of government<br />
The seven decades of research in the development of<br />
fusion has historically been led by Government funded<br />
programs around the world. The emergence of<br />
private developers in the fusion sector in the last five<br />
to ten years has significantly changed the technology<br />
development landscape. Both private and federally<br />
Feature Research and Innovation<br />
Aus Fusion den in 10 Unternehmen<br />
years – Is this ‘the real thing’ or ‘here-we-go-again’? ı Jay Brister, Ruediger Koenig, John Warden
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
| Fig. 6<br />
Fusion technology approaches and developers.<br />
funded programs work toward the same goal of delivering<br />
fusion technology, but the programs progress<br />
at different rates. One at the speed of government<br />
which represents a very methodical and risk averse<br />
approach and another at the speed of business that<br />
is entrepreneurial and has a higher risk tolerance.<br />
There are different drivers behind the approaches<br />
as well. The private sector has investors that are expecting<br />
a return on investment whereas government<br />
programs are steadily advancing the science to commercialize<br />
the technology.<br />
A great example of how this has worked is SpaceX and<br />
NASA in the United States. The entities were focused<br />
on a common desired outcome, however SpaceX was<br />
able to “move fast and break things” implementing<br />
the now famous start up focused quote attributed to<br />
Facebook’s Mark Zuckerberg. SpaceX had three Falcon<br />
1 initial launch failures be<strong>for</strong>e getting it right and<br />
eventually reaching a 99 % success rate with Falcon<br />
9. NASA as a taxpayer funded agency could not take<br />
that kind of approach.<br />
This analogy is a good parallel to how fusion technology<br />
is being developed globally with government<br />
and privately funded programs – risk averse and risk<br />
tolerant. In football parlance the world is taking multiple<br />
shots on goal in anticipation of someone scoring.<br />
Who and when and how many that will be is yet to<br />
be determined, but everyone is on the field trying to<br />
make it happen.<br />
At the same time, this also explains why all this activity<br />
is happening now:<br />
Whether Space X or commercial fusion ventures: none<br />
of these private risk takers would be on the field taking<br />
shots if the 70 years of large Government programs<br />
hadn’t brought the technology close enough to the goal.<br />
Of course, what is important in an industrial, business<br />
context: if you aren’t on the field now, you’ll<br />
likely miss the game. But it is not necessarily the first<br />
to score a goal that will win the game.<br />
What needs to happen <strong>for</strong> fusion to<br />
be an investment grade meaningful<br />
contribution to global energy<br />
supply?<br />
The short game<br />
Private development of fusion is moving <strong>for</strong>ward<br />
more rapidly with the noted increase in private funding.<br />
Several are moving ahead on a parallel path<br />
of building demonstration machines as well as developing<br />
commercial prototypes. The first step is a<br />
demonstration machine that will validate proof of<br />
concept. Most of these machines will not produce<br />
electricity. The major milestone to be achieved in<br />
demonstration is Net Energy Gain – Producing more<br />
energy with fusion that is put into the reaction to<br />
make it happen. In addition to Net Energy Gain, one<br />
developer is working on a concept to prove a direct<br />
energy conversion process (fusion to electrical energy).<br />
In parallel the developers are designing their<br />
power producing machines. These designs will be<br />
influenced heavily by the outcomes of the respective<br />
demonstration machines.<br />
Several of the leading private fusion companies – 2 in<br />
the UK, 2 in the US and 1 in Canada – have technology<br />
demonstration machines under development<br />
planned <strong>for</strong> operation between 2024 and 2027, and<br />
most have also published plans to have operational<br />
power plants connected to the grid in the early to<br />
mid 2030’s. Further private endeavours, including 3<br />
in Germany, are working to similar ambitious goals.<br />
The demonstration machines are being designed,<br />
developed, and delivered in parallel with the designs<br />
<strong>for</strong> fusion power plants. As noted in the FIA<br />
survey most of these designs have a stated goal to<br />
go operational in the early 2030’s with some as early<br />
as 2028. [XIII]<br />
Demonstration of technology will be a game changing<br />
milestone <strong>for</strong> the developers. Those with<br />
FEATURE | RESEARCH AUS DEN AND UNTERNEHMEN<br />
INNOVATION 13<br />
Feature Research and Innovation<br />
Fusion in 10 years – Is this ‘the real thing’ or ‘here-we-go-again’? ı Jay Brister, Aus Ruediger den Koenig, Unternehmen<br />
John Warden
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
FEATURE | RESEARCH AUS DEN AND UNTERNEHMEN<br />
INNOVATION 14<br />
| Fig. 7<br />
Fission and Fusion technology timelines.<br />
successful demonstration (net energy gain) will<br />
most likely reap the reward of increased private<br />
investment to further to development of the technology.<br />
The market will make the decision on which<br />
technology and approach will be successful. This<br />
will also support the delivery timelines of the early<br />
2030’s. It is the “move the deployment timeline to<br />
the left” <strong>for</strong> a more rapid delivery of the technology<br />
that increases the potential impact of fusion<br />
technology to make a marked difference in combating<br />
climate change. The success of demonstration<br />
should also trickle down to the supply chain <strong>for</strong> the<br />
sector. Long-term confidence in the sector will be<br />
bolstered with proof of concept of fusion technology<br />
driving suppliers to increase engagement to advance<br />
technology delivery.<br />
It is worth noting, and as depicted on the figure<br />
above, that the deployment timelines projected by<br />
the private fusion companies are very similar to<br />
those <strong>for</strong>ecast by the SMR technology developers.<br />
It will be interesting to see how the future market<br />
responds to an ability to decide on a fusion or a fission<br />
technology. (Issue 8)<br />
Fusion technology is also similar to SMRs with<br />
respect to the needed changes to energy market design.<br />
Current energy market designs do not always<br />
compensate best use of proposed fusion technology<br />
characteristics such as load following and load<br />
shedding. In order to encourage and support fusion<br />
technology deployment at scale, energy market mechanisms<br />
will have to be revised to recognise such<br />
advantages. (Issue 3)<br />
The long game<br />
PAs noted, governments and industry are also supporting<br />
and taking an increased interest in fusion<br />
technology development. They are also looking at timelines<br />
that deliver technology in the 2040 to 2050<br />
timeline. Evidence of this can be relayed in how the<br />
UK and the United States governments are supporting<br />
private fusion technology commercialization.<br />
US DOE Cost Share Program<br />
In March 2022 the Biden administration announced<br />
at the White House its “Bold Decadal Vision” <strong>for</strong> the<br />
development of fusion energy. In this vision the US<br />
DOE will launch an agency-wide initiative, coordinating<br />
across program offices, to develop a decadal<br />
strategy to accelerate the viability of commercial<br />
fusion energy in partnership with the private sector.<br />
This is supported further with the passing of the<br />
Energy Policy Act of 2020 that created a milestone<br />
based cost share program (public private partnership)<br />
<strong>for</strong> the development of fusion technology. In<br />
May 2023 the US Department of Energy announced<br />
funding awards totaling $46 M USD to 8 companies<br />
to initiate the program with a goal of producing a<br />
preconceptual fusion power plant design be<strong>for</strong>e the<br />
end of this decade.<br />
STEP in the UK<br />
In 2019 the UK government committed £ 220 M to<br />
the development of the conceptual design of a fusion<br />
power station – the Spherical Tokamak <strong>for</strong> Energy<br />
Production (STEP). The program has been steadily<br />
advancing with a site located and plans to deliver the<br />
program in three phases:<br />
Feature Research and Innovation<br />
Aus Fusion den in 10 Unternehmen<br />
years – Is this ‘the real thing’ or ‘here-we-go-again’? ı Jay Brister, Ruediger Koenig, John Warden
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
FUSION IN GERMANY – A TURNING POINT<br />
As reported e.g. in the recent KTG-Fachinfo 13/2023 (also in this publication, see page 63) the German federal<br />
research Ministry, Bundesministerium für Bildung und Forschung – BMBF, has announced a strategic initiative to<br />
advance and diversify the development of fusion technology in Germany with a goal of bringing a technology to<br />
market sooner than current plans aligned to ITER and DEMO deployment. Specifically, BMBF has published a Recommendation<br />
by an international expert committee and a ministerial Position Paper, as the basis <strong>for</strong> a consultation<br />
process to be conducted with industry and science FN1 .<br />
Compared to the US and UK programs mentioned above, this German initiative appears to differ in two ways:<br />
(1) as an initiative by BMBF this does not yet reflect a robust national strategy and policy; the breadth of support<br />
<strong>for</strong> this initiative is not yet fully assimilated across the German Government and across political party lines; and,<br />
certainly partly as a result:<br />
(2) the approach seeks to create and extend the necessary ecosystem, more like an R&D support program rather<br />
than an end-result focused vision/mission. It is noted that the Max Plank Institute in support of this BMBF initiative<br />
has stated a longer-term view of commercialization of fusion energy (mid-century).<br />
Nevertheless, the BMBF initiative sets and highlights a bigger stage <strong>for</strong> fusion. Beyond traditional science programs<br />
it creates a bigger plat<strong>for</strong>m <strong>for</strong> 3 private German fusion developers who have in aggregate over $200 M<br />
USD in funding and each pursuing a different approach to deliver fusion energy (Laser, pB11, and Stellarator approaches)<br />
and, significantly, <strong>for</strong> industrial interests along the specialized supply chain. In a recent announcement,<br />
one of these private companies stated they would pursue the advancement of their technology in a public private<br />
partnership in the United States. There<strong>for</strong>e, it is a prudent first step <strong>for</strong> the German government to move <strong>for</strong>ward<br />
to provide additional support <strong>for</strong> the development of fusion technology in Germany. The existing capabilities and<br />
infrastructure with additional support can further research, create plat<strong>for</strong>ms <strong>for</strong> public private partnerships and<br />
shorten the timeline to commercialized fusion energy in Germany.<br />
Germany will face many if not all the same challenges identified <strong>for</strong> the fusion sector as a whole. However, given<br />
the existing fusion technology infrastructure in the country, the broader high tech supply chain capabilities, and<br />
the phase out of carbon free fission produced electricity in the country, a replacement carbon free base load/load<br />
following source like fusion energy needs to be deployed to diversify Germany’s generation portfolio and support<br />
the weather dependent generation in the country. These decisions need to be made in the context of where the<br />
global fusion sector sits, its noted near-term per<strong>for</strong>mance milestones and level of investment supporting federal<br />
and privately funded programs.<br />
FEATURE | RESEARCH AUS DEN AND UNTERNEHMEN<br />
INNOVATION 15<br />
Hence, this will be a real turning point <strong>for</strong> Germany in deciding if it will or won’t be supporting the development<br />
of new carbon free generation source <strong>for</strong> the country and an opportunity to be a part of a global supply chain to<br />
address global warming with clean fusion energy.<br />
----<br />
FN1<br />
BMBF Positionspapier Fusions<strong>for</strong>schung (06/23, German): https://www.bmbf.de/SharedDocs/Publikationen/de/bmbf/7/775804_Positionspapier_Fusions<strong>for</strong>schung.html<br />
and international experts MEMORANDUM LASER INERTIAL FUSION ENERGY (05/23, English): https://www.bmbf.de/SharedDocs/<br />
Downloads/de/2023/230522-memorandum-laser-inertial-fusion-energy.html<br />
Phase 1: The aim <strong>for</strong> this first phase of work is to<br />
produce a ‘concept design’ by 2024. This<br />
means an outline of the power plant, with<br />
a clear view on how we will design each of<br />
the major systems.<br />
Phase 2: Through phase 2 the design will be developed<br />
through detailed engineering design,<br />
while all consents and permissions to build<br />
the plant will be sought.<br />
Phase 3: Construction of the prototype power plant<br />
will begin in phase 3, targeting completion<br />
around 2040. [XIV]<br />
Diverse Interest in Technology Deployment<br />
There is a broad and diverse global interest in the<br />
development of fusion technology. Sample investors<br />
in the sector include large oil and gas companies like<br />
Chevron Technology Ventures, ENI, Equinor and<br />
Shell Ventures. Investors also include Jeff Bezos’<br />
Bezos Expeditions, Bill Gate’s Breakthrough Energy<br />
Ventures and sovereign wealth funds Temasek and<br />
GIC from Singapore.<br />
Fusion is also migrating to the list of innovative technologies<br />
large utilities are monitoring to help them<br />
meet their long-term generation decarbonization<br />
goals. This includes utilities Duke Energy, Southern<br />
Company and the Tennessee Valley Authority in the<br />
United States, E.ON in the UK, Bruce <strong>Power</strong> in Canada<br />
[XV] , and Engie [XVI] in the EU to name a few.<br />
Conclusions<br />
The potential <strong>for</strong> development of fusion energy seems<br />
more probable today than at any point in history. Private<br />
investment in the sector now surpasses ongoing<br />
government funding. That has allowed private companies<br />
to move “at the speed of business” and fusion<br />
demonstration machines will be going online within<br />
2 years. The “speed of government” programs are<br />
still present and methodically working on de-risking<br />
Feature Research and Innovation<br />
Fusion in 10 years – Is this ‘the real thing’ or ‘here-we-go-again’? ı Jay Brister, Aus Ruediger den Koenig, Unternehmen<br />
John Warden
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
FEATURE | RESEARCH AUS DEN AND UNTERNEHMEN<br />
INNOVATION 16<br />
the commercialization of the technology. This is a<br />
great parallel approach that is mutually beneficial.<br />
Commercial fusion is coming, but increased momentum<br />
does not guarantee success – especially<br />
individual develop success – and significant challenges<br />
are still faced by the sector. Materials challenges,<br />
plasma confinement and control challenges, and<br />
energy conversion systems challenges that are not<br />
required <strong>for</strong> demonstration machines will need to be<br />
tackled to deliver a viable fusion power plant. These<br />
are not easy obstacles to solve, and we will have to<br />
wait and see if large investment continues so they<br />
can be addressed to support deployment of fusion<br />
power plants in the early 2030s.<br />
So, as we conclude this second article in our series,<br />
we see an emerging fusion energy sector facing many<br />
of the same issues as the SMR sector. The nuance here<br />
is that fission technology is proven, and just needs<br />
confirmation of concept in the variety of SMR designs<br />
being brought to market. Fusion technology<br />
does not have that advantage. However the fission<br />
sector is burdened with historical per<strong>for</strong>mance in<br />
construction and cost overruns <strong>for</strong> large scale nuclear<br />
fission projects, as well as an image problem, that<br />
are that are not being applied to fusion technology.<br />
Governments and investors are faced with a unique<br />
decision – do I start building advanced fission technology<br />
or do I wait <strong>for</strong> delivery of a game changing<br />
carbon free fusion technology. We will address this<br />
question in our final article in this series in <strong>atw</strong> –<br />
<strong>International</strong> <strong>Journal</strong> <strong>for</strong> <strong>Nuclear</strong> <strong>Power</strong>.<br />
References<br />
[I] https://www.energy.gov/science/doe-explainsnuclear-fusion-reactions<br />
[II] https://www.energy.gov/science/doe-explainsnuclear-fusion-reactions#:~:text=<strong>Nuclear</strong>%20<br />
Fusion%20reactions%20power%20the,of%20the%20two%20original%20nuclei.<br />
[III] https://www.fusionindustryassociation.org/news/from-the-fia/#industry-reports<br />
[VI] https://www.fusionindustryassociation.org/news/from-the-fia/#industry-reports<br />
[V] https://ccfe.ukaea.uk/research/research-challenges/<br />
[VI] http://www.engineeringchallenges.org/challenges/fusion.aspx<br />
[VII] https://ccfe.ukaea.uk/research/research-challenges/<br />
[VIII] https://assets.publishing.service.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_data/file/1009392/rhc-report-on-fusion-energy.pdf<br />
[IX] https://www.iea.org/articles/assessing-public-attitudes-to-nuclear-fusion-energy<br />
[X] https://assets.publishing.service.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_<br />
data/file/1105383/BEIS_PAT_Summer_2022_Energy_Infrastructure___Energy_Sources.pdf<br />
[XI] https://www.fusionindustryassociation.org/fusion-industry-reports/<br />
[XII] https://arpa-e.energy.gov/technologies/publications/updated-cost-study-and-final-report-fouralpha-fusion-concepts<br />
[XIII] https://www.helionenergy.com/news/<br />
[XIV] https://step.ukaea.uk<br />
[XV] https://generalfusion.com/post/general-fusion-building-a-global-market-<strong>for</strong>-fusion-energywith-industry-leaders/<br />
[XVI] https://innovation.engie.com/en/sustainable_technologies/detail/fusion-power/27091<br />
AUTHORS<br />
This article is a collaboration between Jay Brister (USA) with Ruediger<br />
Koenig (EU) and John Warden (UK), with participation by Edward Kee (USA)<br />
of <strong>Nuclear</strong> Economics Consulting Group:<br />
Jay Brister<br />
Managing Director,<br />
Blue Sky <strong>Nuclear</strong><br />
jay.brister@blueskynuclear.com<br />
Jay Brister is Managing Director of Blue Sky <strong>Nuclear</strong>, an independent nuclear<br />
executive consulting service focusing on strategic outcomes that further the<br />
nuclear power and emerging fusion sector. His prior roles include Chief Business<br />
Development Officer roles with Small Modular Reactor and Fusion technology<br />
companies, global nuclear consulting, and operational roles in nuclear power<br />
plants in the United States. He has successfully concluded $ 25 Billion (USD) in<br />
nuclear focused transactions. He was a board member of the Fusion Industry<br />
Association (2022–2023), member of the Civilian <strong>Nuclear</strong> Trade Advisory<br />
Committee to the US Secretary of Commerce (2019–2020), and a <strong>for</strong>mer US NRC<br />
licensed nuclear operator at Grand Gulf <strong>Nuclear</strong> Station.<br />
Ruediger Koenig<br />
Interim Manager and Executive Advisor,<br />
NECG Affiliated Consultant<br />
rk@ruediger-koenig.com<br />
Rudy Koenig supports market players in the clean energy industrial value chain,<br />
structuring complex business transactions in large capital projects and managing<br />
lean business operations. He has held executive responsibilities <strong>for</strong> suppliers in<br />
the nuclear front- and back-end and has helped a large utility investor develop<br />
and ultimately sell several nuclear new build projects. His current main business<br />
theme is The Transition Gap, i.e. the holistic challenge that decommissioning and<br />
regeneration (incl. SMRs) constitute in the critical chain of the energy transition.<br />
Rudy works closely with JACOBS <strong>for</strong> their European growth strategy.<br />
See https://nuclear-economics.com/ruediger-koenig/<br />
John Warden<br />
CEO Greensabre Consulting,<br />
NECG Affiliated Consultant<br />
jmw@nuclear-economics.com<br />
Based in the UK, John Warden is an expert in structuring and financing nuclear<br />
projects, with special interest in SMR and advanced reactor technologies, as well<br />
as advising on skills and strategic work<strong>for</strong>ce development in the nuclear and<br />
engineering construction sectors. John is a Director of Greensabre Consulting and<br />
was previously CEO of the <strong>Nuclear</strong> Institute, a Royal Navy submariner, reactor<br />
physicist and nuclear engineer.<br />
See https://nuclear-economics.com/john-warden/<br />
Feature Research and Innovation<br />
Aus Fusion den in 10 Unternehmen<br />
years – Is this ‘the real thing’ or ‘here-we-go-again’? ı Jay Brister, Ruediger Koenig, John Warden
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
Ohne ein stärkeres staatliches<br />
Engagement wird es keine Energie<br />
aus Fusionskraftwerken geben<br />
Interview mit Prof. Dr. Sibylle Günter,<br />
Wissenschaftliche Direktorin des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP)<br />
Prof. Dr. Sibylle Günter<br />
Sibylle Günter wurde am 20. April 1964 in Rostock geboren. Ihr<br />
Physikstudium schloss sie 1987 an der Universität ihrer Heimatstadt<br />
mit dem Diplom ab. Drei Jahre später folgte die Promotion über die<br />
rechnerische Untersuchung von Strahlung aus dichten Plasmen in<br />
der Abteilung Theoretische Physik, die Prof. Röpke betreute. Von<br />
1990 bis 1996 war sie Wissenschaftliche Assistentin am Lehrstuhl<br />
„Theoretische Physik I“. Die Studien an der Universität Rostock<br />
wurden vertieft durch Auslandsaufenthalte an der Universität Maryland<br />
bei Prof. H. R. Griem und als Gastwissenschaftlerin am National<br />
Institute of Standards and Technology (NIST) bei Dr. W. Wiese.<br />
1996 habilitierte sich Sibylle Günter mit einer Arbeit über "Optische<br />
Eigenschaften dichter Plasmen" an der Universität Rostock, wo sie<br />
bis heute Vorlesungen hält.<br />
Seit Februar des gleichen Jahres ist sie Wissenschaftliche Mitarbeiterin<br />
im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik. 2000 wurde sie als<br />
Nachfolgerin von Prof. K. Lackner als Wissenschaftliches Mitglied<br />
an das Institut berufen und leitete bis 2011 den Bereich "Tokamaktheorie".<br />
Seit 2001 ist sie apl. Professorin an der Universität Rostock,<br />
seit 2006 Honorarprofessorin an der Technischen Universität<br />
München. Seit Februar 2011 ist sie Wissenschaftliche Direktorin des<br />
Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik.<br />
ENVIRONMENT AND INTERVIEW SAFETY 17<br />
Das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik<br />
(IPP) ist eine der führenden Institutionen der<br />
Fusions<strong>for</strong>schung mit eigenen Projekten und<br />
maßgeblicher Beteiligung an internationalen<br />
Projekten. Können Sie uns einen kurzen Überblick<br />
über diese Projekte geben?<br />
Das IPP untersucht die Grundlagen für ein Fusionskraftwerk<br />
nach dem Prinzip des magnetischen<br />
Einschlusses. Dabei werden ringförmige Plasmen<br />
in einem Magnetfeld eingesperrt, sodass sie weitgehend<br />
berührungsfrei in einem Vakuumgefäß<br />
schweben. Das IPP ist die einzige Forschungseinrichtung<br />
weltweit, die beide wesentlichen Konzepte<br />
der Magnetfusion verfolgt – das Tokamakund<br />
das Stellarator-Konzept. Dazu betreiben wir<br />
einerseits zwei Großexperimente:<br />
p In Garching bei München den Tokamak ASDEX<br />
Upgrade und<br />
p in Greifswald den Stellarator Wendelstein 7-X.<br />
Andererseits berechnen unsere Theoriebereiche<br />
an beiden Standorten mit Modellen und Codes<br />
Szenarien für künftige Kraftwerke.<br />
Wir sind eingebunden in das europäische Fusionsprogramm<br />
EUROfusion und darüber zum Beispiel<br />
seit Jahrzehnten an den Experimenten des derzeit<br />
noch weltgrößten Tokamaks JET in Großbritannien<br />
beteiligt. Das IPP hat an der Entwicklung des<br />
JET-Nachfolgers JT-60SA in Japan mitgewirkt.<br />
Die japanisch-europäische Gemeinschaftsanlage<br />
soll in diesem Jahr erste Plasmen erzeugen.<br />
Mit unserem Forschungsprogramm und unserer<br />
Anlage ASDEX Upgrade bereiten wir den Betrieb<br />
des internationalen Experimentalreaktors ITER<br />
vor, der derzeit in Südfrankreich gebaut wird.<br />
Das Bundes<strong>for</strong>schungsministerium engagiert<br />
sich derzeit sehr stark für die Kernfusion. In<br />
welchen Bereichen hat aus Ihrer Sicht ein<br />
Environment and Interview Safety<br />
Dynamic Dispersion Modelling to Enable In<strong>for</strong>med Decision Making in a Ohne Modern ein stärkeres <strong>Nuclear</strong> Safety staatliches Case Engagement ı Howard Chapman, wird es Stephen keine Energie Lawton, aus Joseph Fusionskraftwerken Hargreaves, Robert geben Gordon, ı Sibylle Tim Culmer Günter
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
ENVIRONMENT AND INTERVIEW SAFETY 18<br />
intensiveres staatliches Engagement<br />
den größten Nutzen?<br />
Ohne ein stärkeres staatliches<br />
Engagement wird es keine<br />
Energie aus Fusionskraftwerken<br />
geben. Denn um das entsprechende<br />
Know-how aufzubauen,<br />
brauchen wir hervorragenden Nachwuchs.<br />
Dazu müssen wir an den Universitäten die Ausbildung<br />
in der fusionsorientierten Plasmaphysik<br />
und insbesondere im entsprechenden Ingenieur-<br />
Bereich verstärken.<br />
Wir müssen unsere Forschungsanlagen auf einem<br />
modernen Stand halten, um in der Fusions<strong>for</strong>schung<br />
weltweit mit an der Spitze zu bleiben, aber<br />
auch um für unseren Nachwuchs attraktiv zu sein.<br />
Und wir brauchen in Deutschland bzw. Europa<br />
ein gesetzliches Regelwerk für die Genehmigung<br />
von Fusionskraftwerken. Derzeit gäbe es keine<br />
gesetzliche Grundlage für den Bau eines Fusionskraftwerkes.<br />
Deutschland – das IPP – hat eine globale<br />
Führungsrolle in der Stellarator-Technologie.<br />
Was sind die jüngsten Meilensteine, die das<br />
Projekt Wendelstein 7-X erreicht hat und was<br />
ist für die Zukunft geplant?<br />
Wir haben im Jahr 2022 einen dreijährigen Ausbau<br />
von Wendelstein 7-X abgeschlossen. Dabei<br />
wurden im Wesentlichen die Wandelemente des<br />
Plasmagefäßes mit einer Wasserkühlung ausgestattet,<br />
sodass längere Plasmaentladungen möglich<br />
sind. Und wir können nun ein erweitertes<br />
Heizsystem nutzen, wodurch<br />
Mit der neuen Ausstattung wir das Plasma mit der doppelten<br />
Leistung wie vorher heizen<br />
erreichte Wendelstein<br />
können. Mit der neuen Ausstattung<br />
erreichte Wendelstein<br />
7-X am 15. Februar einen<br />
wichtigen Meilenstein: 7-X am 15. Februar einen<br />
Erstmals konnten wir ein wichtigen Meilenstein: Erstmals<br />
konnten wir ein Plasma<br />
Plasma für acht Minuten<br />
für acht Minuten stabil halten<br />
stabil halten – vor dem – vor dem Umbau lag der Rekord<br />
bei 100 Sekunden. Bei<br />
Umbau lag der Rekord bei<br />
100 Sekunden.<br />
dem Experiment gelang es, eine<br />
Energiemenge von 1,3 Gigajoule<br />
ins Plasma einzukoppeln und wieder abzuführen<br />
(geplant war ein Gigajoule). Dies ist ein<br />
wichtiger Erfolg. Denn nur wenn es gelingt, kontinuierlich<br />
große Energiemengen ins Plasma einzukoppeln<br />
und die entstehende Wärme wieder<br />
abzuführen ohne das Wandmaterial zu schädigen,<br />
ist der Betrieb eines Fusionskraftwerks möglich.<br />
In den kommenden Jahren wollen wir mit<br />
Denn um das<br />
entsprechende Know-how<br />
aufzubauen, brauchen<br />
wir hervorragenden<br />
Nachwuchs …<br />
Wendelstein 7-X Plasmen über<br />
30 Minuten stabil halten und<br />
dabei einen Energieumsatz von<br />
18 Gigajoule erreichen.<br />
Darüber hinaus wird es darum<br />
gehen, das Konzept für ein Stellarator-Kraftwerk<br />
zu erarbeiten. Wir planen, einen<br />
modernen und umfassenden Code zur Optimierung<br />
von Stellarator-Konfigurationen zu entwerfen<br />
und anzuwenden. Dieser Code sollte auch<br />
technische und ökonomische Aspekte berücksichtigen<br />
und berechnen können.<br />
Wir planen, einen<br />
modernen und<br />
umfassenden Code zur<br />
Optimierung von<br />
Stellarator-Konfigurationen<br />
zu entwerfen und<br />
anzuwenden.<br />
Sehen Sie die Möglichkeit, auf Grundlage der<br />
Stellarator-Technik zu einem deutschen Fusionsprojekt<br />
parallel zum Engagement für die<br />
internationalen Projekte ITER und DEMO zu<br />
gelangen?<br />
Zunächst einmal: Die internationalen Projekte<br />
ITER und DEMO werden weiter unverzichtbar<br />
sein, damit wir Fusionsenergie kommerziell nutzbar<br />
machen können. Wenn Deutschland eine führende<br />
Rolle bei der Realisierung eines Fusionskraftwerks<br />
einnehmen möchte, sollte das Land<br />
zusätzlich einen eigenen Weg zu einem Stellarator-Kraftwerk<br />
einschlagen. So könnte der seltene<br />
Erfolg gelingen, dass in Deutschland entwickelte<br />
Technologien<br />
auch hier erstmals<br />
zur Anwendung<br />
kommen.<br />
Mit Wendelstein<br />
7-X und dem beim<br />
Aufbau und Betrieb<br />
dieser Anlage<br />
entwickelten<br />
Know-how ist<br />
Deutschland<br />
weltweit führend auf dem Gebiet der Stellarator-<br />
Forschung. Der Bau eines solchen Kraftwerks und<br />
die dazu notwendige Forschung und Entwicklung<br />
würden eine Investition von ca. 20 Milliarden<br />
Euro über 20 Jahre er<strong>for</strong>dern, also ca. 1 Milliarde<br />
pro Jahr.<br />
Parallel zum Design des Kraftwerks ist es er<strong>for</strong>derlich,<br />
das Stellarator-Konzept zu vervollständigen<br />
und mit einer entsprechenden Pilot-Anlage zu<br />
verifizieren. Gleichzeitig müsste das Personal in<br />
Fusionsphysik und -technologie um ungefähr einen<br />
Faktor zwei erhöht werden sowie Infrastrukturen<br />
zur Entwicklung, Charakterisierung, Qualifizierung<br />
und letztlich Zertifizierung der Materialien,<br />
Komponenten und Technologien aufgebaut<br />
und betrieben werden.<br />
Environment Interview and Safety<br />
Dynamic Ohne ein Dispersion stärkeres staatliches Modelling Engagement to Enable In<strong>for</strong>med wird es Decision keine Energie Making aus in Fusionskraftwerken a Modern <strong>Nuclear</strong> Safety geben Case ı Sibylle ı Howard Günter Chapman, Stephen Lawton, Joseph Hargreaves, Robert Gordon, Tim Culmer
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
| Die Fusionsanlage<br />
ASDEX Upgrade in<br />
Garching, gesehen<br />
von Westen.<br />
Foto: MPI für Plasmaphysik,<br />
Helmut Faugel<br />
ENVIRONMENT AND INTERVIEW SAFETY 19<br />
In den vergangenen Jahren ist eine Startup-Szene<br />
junger Unternehmen im Bereich<br />
der Fusionstechnologie entstanden, auch in<br />
Deutschland u. a. mit einer Ausgründung aus<br />
Ihrem Institut. Kooperieren das IPP und seine<br />
Forschungspartner mit diesen Unternehmen<br />
oder gibt es eher ein Wettbewerbsverhältnis?<br />
Ich denke, dass die Aufgaben im Wesentlichen<br />
klar verteilt sind. Die staatlichen Forschungseinrichtungen<br />
haben in den vergangenen Jahrzehnten<br />
ein Know-how aufgebaut, das für die Startups<br />
unverzichtbar ist. Dafür können diese Unternehmen<br />
einerseits mit mehr Risiko agieren und so<br />
zu neuen Erkenntnissen kommen. Andererseits<br />
können sie sich stärker als wir auf die Technologieentwicklung<br />
konzentrieren. Deshalb ist klar,<br />
dass wir zusammenarbeiten, um die Fusion voranzubringen.<br />
Wir kooperieren bereits jetzt mit<br />
Start-ups. Konkret haben wir in diesem Jahr drei<br />
entsprechende Abkommen geschlossen – mit<br />
Commonwealth Fusion Systems aus den USA, mit<br />
Proxima Fusion, das von ehemaligen Wissenschaftlern<br />
unseres Instituts mitgegründet wurde,<br />
und mit Gauss Fusion.<br />
In der Kernfusion wurden große Fortschritte<br />
erzielt, so dass sich der Sektor von außen<br />
betrachtet im Übergang von wissenschaftlicher<br />
Forschung zu technikorientierter Entwicklung<br />
befindet. Welche Rolle kann künftig Industrie<strong>for</strong>schung<br />
für die Weiterentwicklung der<br />
Fusionstechnik spielen?<br />
Für Design, Planung und Bau eines first-of-a-kind<br />
Fusionskraftwerks sollten geeignete Industriepartner<br />
von Beginn an federführend und verantwortlich<br />
involviert sein. Idealerweise sollten dazu<br />
Firmen gewonnen werden, die bereits Erfahrung<br />
im Bau von Fusionsexperimenten, nuklearen Anlagen<br />
oder Großkraftwerken haben. Hierzu muss<br />
eine geeignete Struktur geschaffen werden. Als<br />
Beispiel könnten die Organisation des STEP-Programms<br />
in Großbritannien oder andere Public<br />
Private Partnership-Formate dienen.<br />
Autor<br />
Nicolas Wendler<br />
Leiter Presse und Politik<br />
KernD (Kerntechnik Deutschland e. V.)<br />
nicolas.wendler@kernd.de<br />
Nicolas Wendler ist seit August 2013 Leiter Presse und Politik von Kerntechnik<br />
Deutschland e. V./Deutsches Atom<strong>for</strong>um e. V. und war davor seit März 2010 als<br />
Referent Politik dort beschäftigt. Er war zuvor als <strong>International</strong>er Referent für die<br />
internationalen Beziehungen der Jungen Union Deutschlands zuständig und hat<br />
unter anderem Themen der Energie-, Klima- und Wirtschaftspolitik für die<br />
Organisation bearbeitet. Seit Januar 2022 ist er außerdem Chefredakteur der<br />
<strong>atw</strong> – <strong>International</strong> <strong>Journal</strong> <strong>for</strong> <strong>Nuclear</strong> <strong>Power</strong>. Wendler hat in München und<br />
Bordeaux Politische Wissenschaft sowie Volkswirtschaftslehre und (Nord-)<br />
Amerikanische Kulturgeschichte studiert.<br />
Environment and Interview Safety<br />
Dynamic Dispersion Modelling to Enable In<strong>for</strong>med Decision Making in a Ohne Modern ein stärkeres <strong>Nuclear</strong> Safety staatliches Case Engagement ı Howard Chapman, wird es Stephen keine Energie Lawton, aus Joseph Fusionskraftwerken Hargreaves, Robert geben Gordon, ı Sibylle Tim Culmer Günter
INFORUM SEMINARE<br />
FOKUS: Kompaktkurs Praktischer Rückbau<br />
Vom Aktivitätsaufbau zur Dekontamination<br />
Zusammenfassung: Der Kompaktkurs bietet die praxisnahe Vermittlung von Fachkenntnissen über den<br />
Aufbau und die Bildung von Aktivitätsträgern/Kontaminanten aus dem bisherigen Kraftwerks-Leistungsbetrieb<br />
sowie über die zu deren Dekontamination etablierten und auch neueren Verfahren. Der Referent<br />
ist Radiochemiker mit langjähriger Berufserfahrung in der Nuklearindustrie. Der Kurs schließt mit einer<br />
Erfolgskontrolle ab.<br />
Im Einzelnen: Beim Rückbau geht es um die Minimierung der radioaktiven Abfallmengen. Dazu müssen<br />
die Kontaminanten entfernt werden, damit aus Rückbaustoffen möglichst dekontaminierte Wertstoffe<br />
werden. Die zur Dekontamination etablierten Verfahren werden mit differenziertem Blick auf galvanischchemische<br />
Prozesserfahrungen diskutiert und auch neue Laseranwendungen damit verglichen. Darüber<br />
hinaus wird in diesem Seminar über die kausalen und zielorientiert vorgenommenen Maßnahmen während<br />
des letzten Leistungsbetrieb-Jahrzehnts vor der Endabschaltung referiert.<br />
Die erzielten Erfolge zur Verbesserung der Anlagenradiologie werden in einer Art roter Faden beschrieben<br />
und belegt. Dieser Pfad führt zum Verständnis der immer aktueller werdenden Heraus<strong>for</strong>derungen im<br />
Rückbau. Er zeigt auf kurze und zielführende Lösungswege.<br />
Der Kurs wird zur Erfolgskontrolle mit einer Multiple-Choice-Prüfung abgeschlossen, er ist wesentlich<br />
für den Rückbau und leistet einen wichtigen Beitrag zum nuklearen Kompetenzerhalt!<br />
Seminarinhalte:<br />
• Woher kommt die Radioaktivität, wie liegt sie vor?<br />
• Aufbau DWR, SWR<br />
• Kernreaktionen, Nuklid-Freisetzung (Neutronen-Aktivierung, Spaltprodukte, Kernbrennstoffe)<br />
• Was ist CRUD, Ag-110m, Alphas?<br />
• Mobilisierung der Aktivität<br />
• BE-Defekt: Erkennung, Ablauf, Kinetik Austrag, Kontamination der Anlage am Beispiel des SWR<br />
• Maßnahmen zur Verbesserung der Kontaminationssituation bei Leistungs-/Restbetrieb<br />
• Vorbereitungen zum Rückbau: Prinzip der Full-System-Decontamination (FSD)<br />
• Dekont im Rückbau: Vergleich unterschiedlicher Oberflächen-Dekontaminationsverfahren<br />
• Funktionsprinzip: Elektropolieren, Abrasion, Laser-Ablation<br />
• Entsorgung, Arbeitsschutz, Strahlenschutz, Wirtschaftlichkeit<br />
Buchen Sie jetzt!<br />
Gabriele Wolf-Ganser | Geschäftsbereich Seminare<br />
Tel.: +49 1578 3025156 | E-Mail: seminare@kernd.de<br />
INFORUM Verlags- und Verwaltungsgesellschaft mbH<br />
Berliner Straße 88A, 13467 Berlin<br />
Tel.: +49 30 319 88 2 99 | https://kernd.de/seminarprogramm/<br />
Heraus<strong>for</strong>derung für Generationen:<br />
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effektives Rückbau-Management.<br />
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tragen zum Erfolg bei.<br />
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20. – 21. September 2023<br />
Ablauf<br />
Tag 1: 10:00 – 17:30 Uhr<br />
Tag 2: 08:30 – 14:30 Uhr<br />
Ort<br />
Berlin<br />
(Präsenzseminar)<br />
Teilnahmegebühr<br />
1.400,– € zzgl. 19 % USt.<br />
Im Preis inbegriffen sind:<br />
• Seminarunterlagen<br />
• Teilnahmebescheinigung<br />
• Pausenverpflegung<br />
inkl. Mittagessen<br />
Referent<br />
Dipl.-Ing. Frank Klein<br />
Freiberuflicher und EU-zertifizierter<br />
Sachverständiger für Chemie und Radiochemie<br />
in Nuklear-Technik, Offingen/Donau<br />
Änderungen und Irrtümer vorbehalten. Stand: August 2023
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
Kompetenz in Kerntechnik –<br />
eine dauerhafte Stärke<br />
der deutschen Wirtschaft<br />
Nicolas Wendler<br />
Sowohl in der deutschen Öffentlichkeit als auch bei potentiellen Auftraggebern auf dem internationalen<br />
Markt ist die wechselvolle Geschichte der Kernenergie in Deutschland mit der nun abgeschlossenen Ausstiegspolitik<br />
aus der Stromerzeugung mit Kernenergie gut bekannt. Nicht selten wird – sofern keine langjährigen<br />
Geschäftsbeziehungen bestehen – „deutsch“ synonym gesetzt mit Kritik an Kernenergie und Ausstieg.<br />
Weit weniger bekannt ist, dass in Deutschland nicht nur in der Vergangenheit ein fast vollumfängliches<br />
Kompetenzportfolio bei Kernenergie und Kerntechnik aufgebaut wurde, sondern vor allem, dass von<br />
diesen Kompetenzen auch heute noch ein großer Teil vorhanden und in der industriellen Praxis sowie für<br />
die Forschung unmittelbar abrufbar ist. Die folgende Darstellung der Stärke der kerntechnischen Kompetenz<br />
in Deutschland erfolgt beispielhaft und erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit.<br />
Wo liegen nun die Kompetenzen der Branche<br />
in Deutschland. Hier ist es sinnvoll, erst<br />
einmal mit dem heute in Deutschland wichtigsten<br />
Tätigkeitsfeld zu beginnen, dem Rückbau kerntechnischer<br />
Anlagen. Damit wird zwar hinsichtlich<br />
des Lebenszyklus einer Anlage das Pferd von hinten<br />
aufgezäumt, aber aus unabweisbaren Gründen<br />
der Marktentwicklung und der Kundenbedürfnisse<br />
seitens der deutschen Elektrizitätsversorgungsunternehmen<br />
(EVU) wurden beim Rückbau in den<br />
vergangenen Jahren Kompetenzen und Kapazitäten<br />
stark ausgebaut.<br />
Kerntechnischer Rückbau –<br />
die Gegenwartsaufgabe<br />
Aktuell befindet sich in Deutschland die erstaunliche<br />
Zahl von 27 Kernkraftwerken unterschiedlicher<br />
Typen und Größen im kerntechnischen Rückbau,<br />
in ganz unterschiedlichen Stadien des Rückbau<strong>for</strong>tschritts,<br />
bis hin zu einem nur noch <strong>for</strong>mell<br />
aufrechterhaltenen Status als Rückbauanlage. Eine<br />
Anlage – der THTR in Hamm-Uentrop – befindet sich<br />
im sicheren Einschluss, der als gesetzliche Rückbauoption<br />
inzwischen nicht mehr existiert, fünf Anlagen<br />
sind abgeschaltet, aber noch nicht im Rückbau und<br />
drei Anlagen sind vollständig abgebaut worden.<br />
Die industrielle Kompetenz liegt einerseits bei<br />
mehreren großen Projektpartnern der EVU, die<br />
mit größeren Gewerken beauftragt werden, die<br />
spezialisiertes Know-how er<strong>for</strong>dern. Hierzu gehören<br />
die Herstellerunternehmen Framatome und<br />
Westinghouse, der Behälter, Konditionierungsund<br />
Abfallmanagementspezialist GNS Gesellschaft<br />
für Nuklearservice, die ein umfangreiches Rückbauportfolio<br />
aufgebaut hat, ein kerntechnisches<br />
Traditionsunternehmen in Deutschland wie die<br />
NUKEM Technologies, der breit aufgestellte Kraftwerks-<br />
und Anlagendienstleister Iqony (vormals<br />
STEAG), die aus den Energiewerken Nord und<br />
dem Rückbau des Kernkraftwerks Greifswald<br />
hervorgegangene Entsorgungswerk für Nuklearanlagen<br />
sowie Kraftanlagen Heidelberg Bouygues<br />
Construction. Diese Unternehmen können die Generalplanung<br />
für den gesamten Rückbau oder große<br />
Gewerke übernehmen, beherrschen das gesamte<br />
Portfolio von Zerlegungs- und Dekontaminationstechniken,<br />
verfügen über komplexe Anlagentechnik<br />
und Personal für heraus<strong>for</strong>dernde Aufgaben wie<br />
die Zerlegung von Kerneinbauten und Reaktordruckbehältern<br />
und bieten Konditionierungs- und<br />
Abfallmanagementlösungen an. Auch die Begleitung<br />
von aufsichtlichen Prozessen und die Organisation<br />
des Strahlenschutzes werden angeboten. Framatome,<br />
Westinghouse sowie die Siempelkamp NIS, die<br />
auch eine Reihe weiterer Leistungen im Rückbau<br />
wie etwa detaillierte Aktivierungsanalysen anbietet,<br />
führen auch die Primärkreisdekontamination<br />
zur Vorbereitung des Rückbaus und zur Minimierung<br />
der radiologischen Belastung von Mitarbeitern<br />
durch. Im NIS-Technikum ist die Entwicklung und<br />
Erprobung maßgeschneiderter Rückbaulösungen<br />
zusammen mit den Kunden möglich. Das in sehr<br />
vielen kerntechnischen Aufgabenbereichen kompetente<br />
Unternehmen Bilfinger Noell bietet auch<br />
beim Rückbau ein umfangreiches Portfolio, u. a. ein<br />
komplettes Reststoffbearbeitungszentrum zur Errichtung<br />
in der Rückbauanlage.<br />
ENERGY POLICY, ECONOMY AND LAW 21<br />
SPECIAL TOPIC | NUCLEAR TECHNOLOGY MADE IN GERMANY 21<br />
Special Topic | <strong>Nuclear</strong> Technology Made in Germany<br />
Kompetenz in Kerntechnik – eine dauerhafte Stärke der deutschen Wirtschaft ı Nicolas Wendler
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
ENERGY POLICY, ECONOMY AND LAW 22<br />
SPECIAL TOPIC | NUCLEAR TECHNOLOGY MADE IN GERMANY 22<br />
| Abb. 1<br />
Zerlegung des RDB im KKW Unterweser mit einem Großbandsägesystem.<br />
Foto: PreussenElektra<br />
Zu diesen integrierenden Unternehmen treten zahlreiche<br />
spezialisierte Unternehmen, die Anlagen oder<br />
Dienstleistungen im Zusammenhang mit dem kerntechnischen<br />
Rückbau anbieten. Dazu gehören der<br />
Strahlenschutzspezialist Safetec, der auch Beratungsund<br />
Entsorgungsdienstleistungen und den Betrieb<br />
von Reststoffbearbeitungszentren anbietet, das<br />
Institut für Umwelttechnologien<br />
und Strahlenschutz (IUS), der<br />
Planungs- und Dokumentationsdienstleister<br />
u. a. für Rückbau und<br />
Strahlenschutz Dornier Group,<br />
der Anbieter von Dekontamination,<br />
Freigabe, radiologischer<br />
Charak terisierung und Strahlenschutzdienstleistungen<br />
Brenk<br />
Systemplanung, die auf kerntechnischen<br />
Rückbau spezialisierte<br />
Tochter des Industriedienstleisters<br />
ROBUR Industry Service<br />
Group, SAT Kerntechnik, die<br />
auf Wasseraufbereitung, Reinigungs-<br />
und Strahlarbeiten sowie<br />
Robotik spezialisierte RST.<br />
Aufgaben wie Komponentenzerlegung bei Kerneinbauten<br />
und RDB. Eine weitere für den Rückbau<br />
relevan te Leistung sind Schwer- und Sondertransporte,<br />
die von der August Alborn sowie, mit einem<br />
umfassenden kerntechnischen Leistungsspektrum<br />
einschließlich Rückbauplanung und Strahlenschutz,<br />
von der Orano NCS angeboten werden.<br />
Die Orano bietet Konzepterstellung<br />
und Planung in den<br />
Bereichen Rückbau, Verpackung<br />
und Entsorgung sowie konkrete<br />
Rückbauarbeiten bei komplexen<br />
| Abb. 2<br />
In der Tablettenfertigung wird das Urandioxidpulver zu Tabletten verarbeitet. Die sogenannten<br />
Grünlinge werden zwei bis drei Stunden lang bei einer Temperatur von 1.780 °C im Ofen gesintert.<br />
Nachfolgend werden sie hochpräzise auf ihren Zieldurchmesser geschliffen.<br />
Foto: ANF<br />
Special Topic | <strong>Nuclear</strong> Technology Made in Germany<br />
Kompetenz in Kerntechnik – eine dauerhafte Stärke der deutschen Wirtschaft ı Nicolas Wendler
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
Viele der genannten Unternehmen<br />
sind bereits im internationalen<br />
Rückbaumarkt tätig. Wenn die<br />
umfangreichen Auftragsumfänge<br />
in Deutschland in relevanten<br />
Teilen abgearbeitet sein werden,<br />
stehen die Rückbauunternehmen/Rückbausparten<br />
deutscher<br />
Unternehmen und Unternehmensstandorte<br />
in noch wesentlich<br />
größerem Umfang den EVU und<br />
Forschungseinrichtungen in anderen<br />
Ländern zur Unterstützung<br />
zur Verfügung und werden dabei<br />
auf das umfangreiche praktische<br />
Know-how aus dem hiesigen<br />
Rückbau zurückgreifen können.<br />
Durch den Verzicht der meisten<br />
Kernenergie nutzenden Staaten in<br />
Europa auf eine Ausstiegspolitik<br />
und breit angelegte Programme zur<br />
Laufzeitverlängerung, kann dieses<br />
Geschäftsfeld über einen recht langen<br />
Zeitraum bestehen.<br />
Kernbrennstoffversorgung<br />
–<br />
die Daueraufgabe<br />
Vom Ausstieg aus der Nutzung von<br />
Kernenergie zur Stromerzeugung<br />
nicht betroffen waren und sind<br />
die Unternehmen der Kernbrennstoffversorgung,<br />
des so genannten<br />
Front End. Das ist zum einen die<br />
Urenco Deutschland, der deutsche<br />
Teil des internationalen Anbieters<br />
von Urananreicherung Urenco Ltd.,<br />
zum anderen die Advanced <strong>Nuclear</strong><br />
Fuels, Tochter der Framatome, die<br />
Brennelemente für eine Vielzahl<br />
von Leichtwasserreaktoren herstellt<br />
und entwickelt sowie Anlagen<br />
und Verfahren zur Optimierung<br />
von Fertigung und Produktkontrolle im Bereich<br />
Brennelemente anbietet. Nach dem Beschluss zum<br />
beschleunigten Ausstieg aus der Stromerzeugung<br />
mit Kernenergie in Deutschland hat die ANF auch<br />
Aufträge zum Um- und Auseinanderbau von noch<br />
nicht eingesetzten Brennelementen erhalten und<br />
das Geschäftsfeld der Entwicklung und des Baus<br />
von Fertigungstechnologien sowie die Produktion<br />
von Spezialprodukten wie Gadolinium- und Chromdotierte<br />
Brennstofftabletten ausgeweitet. Auch die<br />
Fertigung und Wartung von Transportbehältern für<br />
unbestrahlte Brennelemente kam zum Leistungsportfolio<br />
hinzu. Der Standort in Lingen hat eine<br />
Produktionskapazität von 650 Tonnen angereicherten<br />
Kernbrennstoffs, entsprechend einem Anteil von<br />
18,3 Prozent an der europäischen Fertigungskapazität<br />
für Leichtwasserreaktor-Brennelemente. Zur<br />
ANF gehört auch eine Fertigung von Brennelement-<br />
Strukturteilen in Karlstein/Main.<br />
Bei der Anreicherung hält der deutsche Standort<br />
der Urenco in Gronau mit einer Kapazität von<br />
3.700 tSW/a einen Anteil von 17,5 Prozent der<br />
Urananreicherungskapazität in Europa bereit, die<br />
ebenso wie Kapazität in der Brennelementfertigung<br />
aktuell stark gefragt ist. Im Zusammenhang vor<br />
| Abb. 3<br />
Ein Druckwasser-<br />
Brennelement wird<br />
in Lingen ins sogenannte<br />
Unterflurlager<br />
gebracht.<br />
Foto: ANF<br />
ENERGY POLICY, ECONOMY AND LAW 23<br />
SPECIAL TOPIC | NUCLEAR TECHNOLOGY MADE IN GERMANY 23<br />
Special Topic | <strong>Nuclear</strong> Technology Made in Germany<br />
Kompetenz in Kerntechnik – eine dauerhafte Stärke der deutschen Wirtschaft ı Nicolas Wendler
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
ENERGY POLICY, ECONOMY AND LAW 24<br />
SPECIAL TOPIC | NUCLEAR TECHNOLOGY MADE IN GERMANY 24<br />
| Abb. 4<br />
Engspaltschweißen am<br />
Framatome-Standort<br />
Erlangen, hier für die<br />
Montage eines neuen<br />
Dampferzeugers zur<br />
Modernisierung eines in<br />
Betrieb befindlichen<br />
Reaktors.<br />
Foto: Framatome GmbH<br />
allem mit der Urananreicherung ist auch das Technologieunternehmen<br />
ETC Deutschland, Teil der<br />
Enrichment Technology Company Limited, einem<br />
Joint Venture der Urenco Ltd. und der Orano Gruppe<br />
tätig. In der ETC ist das Know-how der seinerzeit<br />
federführend in Deutschland entwickelten Zentrifugentechnologie<br />
zur Anreicherung gebündelt.<br />
Zusätzlich bestehen noch Tochtergesellschaften zur<br />
Carbonfaserherstellung (Pronexos), der Stromspeicherung<br />
mit Zentrifugenkaskaden (Storenetic) und<br />
zur Speicherung von Wasserstoff (NPROXX), die alle<br />
als Ableitung der Urananreicherungstechnologie<br />
ausgegründet wurden.<br />
Service, Instandhaltung, Nachrüstung,<br />
Laufzeitverlängerung von Kernkraftwerken<br />
– die traditionelle Aufgabe<br />
Nach dem Abschluss des deutschen Kernkraftwerksbauprogramms<br />
1989 bis zum Ausstieg aus<br />
der Stromerzeugung mit Kernkraft bestand das<br />
Haupttätigkeitsfeld der kerntechnischen Branche in<br />
Deutschland wie in den meisten westlichen Staaten<br />
in der Begleitung des Anlagenbetriebs durch Service<br />
und Instandhaltung, wiederkehrende Prüfungen<br />
und Sicherheitsanalysen, sicherheitstechnische<br />
Nachrüstungen und anderweitige Modernisierungen,<br />
der Umsetzung von Leistungssteigerungen<br />
sowie schon länger vor allem im Auslandsgeschäft<br />
aus Alterungsmanagement und der Ermöglichung<br />
sicherer Laufzeitverlängerungen.<br />
Das Portfolio dieser Leistungen in Deutschland<br />
besteht nach wie vor und liegt bei der Framatome,<br />
der Bilfinger Noell, der Westinghouse und<br />
der Kraftanlagen Heidelberg. Solche Leistungen<br />
umfassen den Anlagenservice im Verlauf des<br />
Lebenszyklus, Inspektion-, Wartung und Instandhaltung,<br />
Revisionsarbeiten und Betriebsunterstützung,<br />
Planung und Aufbau von Servicestrukturen inkl.<br />
Servicedokumentation, die Bereitstellung von hochqualifiziertem<br />
Servicepersonal, Engineering Support<br />
und Technische Sachbearbeitung, Ersatz- und<br />
Verschleißteilmana gement, Alterungsmanagement<br />
und Optimierung, Umbau und Erweiterung. In<br />
diesen Bereich gehören auch sicherheitstechnische<br />
Nachrüstungen wie gefilterte Druckentlastungssysteme<br />
oder Systeme zur Nachwärmeabfuhr und<br />
Notstromversorgung, die Modernisierung der Anlagen<br />
wie etwa Digitalisierung der Leittechnik und<br />
Lösungen für Leistungssteigerungen. Zum Portfolio<br />
gehören auch Sicherheitsanalysen sowie Prüfungen<br />
aller Art an Systemen und Komponenten. Bei der<br />
Framatome besteht zudem die Möglichkeit von umfassenden<br />
radiochemischen und Materialanalysen<br />
der Nutzung von thermohydraulischen Testanlagen<br />
für die Komponentenqualifizierung sowie Designund<br />
Codevalidierungen.<br />
Damit verbunden ist auch ein erheblicher Umfang<br />
an industrieller (Sicherheits-)Forschung. Die<br />
Westinghouse bietet auch Sicherungslösungen für<br />
Special Topic | <strong>Nuclear</strong> Technology Made in Germany<br />
Kompetenz in Kerntechnik – eine dauerhafte Stärke der deutschen Wirtschaft ı Nicolas Wendler
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
kerntechnische Einrichtungen an, die Kraftanlagen<br />
Heidelberg einen umfassenden Rohrleistungsservice.<br />
| Abb. 5<br />
Großarmaturen-Teststand am Framatome-Standort Karlstein, kurz „GAP“. Es handelt sich um<br />
den größten Armaturenprüfstand der Welt, der bereits seit über 40 Jahren zur Qualifizierung<br />
von Großarmaturen, z. B. Frischdampf-Abschlussventilen, eingesetzt wird.<br />
Foto: Framatome GmbH<br />
Weitere Unternehmen, die Leistungen in diesem<br />
Bereich anbieten, sind auf einzelne Tätigkeitsfelder<br />
spezialisiert, wie die Bilfinger Engineering & Technologies<br />
auf Rohrleistungsbau oder bieten eine Palette<br />
relevanter Leistungen an, wie die Siempelkamp<br />
NIS mit einem Mess- und Labordatenmanagementund<br />
-berichtssystem, dem Brennelemente Auskunfts-<br />
und Berichtssystem, nuklearphysikalischen<br />
Dienstleistungen und Brennelementeinsatzplanung<br />
in DWR und BWR, Kritikalitätsnachweise und Abschirmberechnungen.<br />
Die NUKEM Technologies<br />
bietet eine umfangreiche Palette an Engineering-<br />
Dienstleistungen bzw. komplette Planungs- und<br />
Ausführungspakete für Kernkraftwerke, Anlagen des<br />
Kernbrennstoffkreislaufes sowie andere kerntechnischen<br />
Einrichtungen auf den Feldern Sicherheitstechnik,<br />
Sicherheit und Genehmigungen, Strahlenschutz,<br />
Instrumentierung und Emissionsüberwachung.<br />
Dazu gehören<br />
auch kerntechnische<br />
Engineering- und Servicedienstleistungen,<br />
IT-Dienstleistungen<br />
sowie Planung, Fertigung und<br />
Lieferung von Inspektions-,<br />
Handhabungs- und Messeinrichtungen.<br />
Reinigungsmaschinen<br />
und Greifersysteme bietet die<br />
Höfer & Bechtel, die auch im<br />
Rückbau tätig ist.<br />
Entwicklung, Fertigung<br />
und Installation<br />
von Systemen und<br />
Komponenten<br />
Über in Deutschland vertretene<br />
Hersteller von Kernkraftwerken<br />
und Unternehmen mit einer<br />
breiten Palette kerntechnischer<br />
Leistungen hinaus gibt es – auch<br />
außerhalb des Rückbaus – eine<br />
Reihe spezialisierter Zulieferer<br />
und Komponentenhersteller.<br />
Dazu gehört etwa der weltweit<br />
aktive Pumpenhersteller KSB,<br />
in dessen Produktpalette sich<br />
auch ein komplettes Angebot<br />
an Pumpen und Ventilen für<br />
Anwendungen in der Kernkraft<br />
findet bis hin zu mehreren Modellen<br />
von Hauptkühlmittelpumpen<br />
für Druckwasserreaktoren<br />
auch in wellendichtungsloser<br />
Bauweise mit Naßläufermotor<br />
oder reaktorinterne Pumpen für<br />
Siedewasserreaktoren. Der<br />
Großwärmepumpen- und Flüssigkeitskühlerhersteller<br />
Friotherm produziert und<br />
installiert weltweit Flüssigkeitskühler für Kernkraftwerke.<br />
Die ENGIE Deutschland liefert technische Gebäudeausrüstung<br />
für Kernkraftwerke in den Bereichen<br />
Lüftungstechnik, Elektrotechnik, Brandschutztechnik<br />
und Sprinkleranlagen, Heiztechnik, industrielle<br />
Sanitärtechnik, Gebäudeautomation (Mess- und<br />
Regeltechnik), Verfahrenstechnik zur Wasser und<br />
Druckluft Ver- und Entsorgung sowie Kältetechnik.<br />
Die KROHNE <strong>Nuclear</strong> als Geschäftsbereich<br />
der KROHNE Messtechnik bietet für eine Vielzahl<br />
kerntechnischer Anwendungen Durchfluss- und<br />
ENERGY POLICY, ECONOMY AND LAW 25<br />
SPECIAL TOPIC | NUCLEAR TECHNOLOGY MADE IN GERMANY 25<br />
Special Topic | <strong>Nuclear</strong> Technology Made in Germany<br />
Kompetenz in Kerntechnik – eine dauerhafte Stärke der deutschen Wirtschaft ı Nicolas Wendler
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
ENERGY POLICY, ECONOMY AND LAW 26<br />
SPECIAL TOPIC | NUCLEAR TECHNOLOGY MADE IN GERMANY 26<br />
| Abb. 6<br />
RUV – Reaktorhauptkühlmittelpumpe für Druckwasserreaktoren der neuesten Generation eingebaut<br />
im Leistungsprüfstand.<br />
Foto: KSB<br />
Füllstandsmesstechnik nach diversitären Verfahren<br />
an. Die Schminke Krantechnik stellt u. a. Sonderkrane<br />
nach KTA her, ebenso wie die Iqony. Deren<br />
Tochter Krantz wiederum ist auf Luftführungs-<br />
Heiz- und Kühlsysteme spezialisiert, darunter zur<br />
| Abb. 7<br />
Schraubenspannmaschine für EPR Flamanville 3.<br />
Foto: Siempelkamp NIS<br />
Lüftung nuklearer Anlagen. Und<br />
die Siempelkamp NIS ist auch<br />
als Komponentenhersteller tätig<br />
mit Schraubendrehgeräten, Reinigungsmaschinen<br />
und Hydraulikeinheiten,<br />
am bekanntesten<br />
aber mit den Schraubenspannsystemen<br />
für Reaktordruckbehälterdeckel<br />
von Druck- und<br />
Siedewasserreaktoren sowie für<br />
Dampferzeuger.<br />
Neubau von<br />
Kernkraftwerken –<br />
die Zukunftsaufgabe<br />
Viele der genannten Leistungen<br />
für bestehende Kernkraftwerke<br />
sowie die Zulieferung von<br />
Komponenten sind auch für den<br />
Neubau relevant. In der Tat ist in<br />
Deutschland auch heute noch ein<br />
beträchtlicher Teil des für den<br />
Neubau, die Inbetriebsetzung<br />
und die Brennstoffversorgung<br />
von Kernkraftwerken er<strong>for</strong>derlichen<br />
Know-hows vorhanden. Mit<br />
zwei bedeutenden internationalen<br />
Kernkraftwerksherstellern,<br />
die Standorte in Deutschland<br />
unterhalten, Framatome und Westinghouse, weiteren<br />
im Neubau aktiven Unternehmen wie Bilfinger<br />
Noell und Kraftanlagen Heidelberg sowie einer<br />
umfangreichen supply chain von Komponentenund<br />
Anlagenherstellern waren und sind deutsche<br />
Unternehmensstandorte bzw.<br />
Unternehmen an internationalen<br />
Neubauprojekten beteiligt.<br />
Dazu gehören die EPR-Projekte<br />
Olkiluoto (FIN), Flamanville (F),<br />
Taishan (CN) und Hinkley Point<br />
(GB) ebenso wie die VVER-Projekte<br />
in Paks (H), Akkuyu (TR)<br />
und El-Daaba (Ägypten). Auch<br />
die AP1000-Projekte Sanmen<br />
und Haiyang (CN), sowie Vogtle<br />
(US) sind mit deutscher<br />
Beteiligung umgesetzt worden.<br />
Desweiteren wird eine Vor-Konvoi-Anlage<br />
von Siemens/KWU<br />
noch am Standort Angra dos Reis<br />
in Brasilien fertig gestellt. Am<br />
Neubauprojekt Barakah (Vereinigte<br />
Arabische Emirate) der<br />
süd-koreanischen KEPCO sind<br />
ebenfalls deutsche Unternehmen<br />
beteiligt.<br />
Special Topic | <strong>Nuclear</strong> Technology Made in Germany<br />
Kompetenz in Kerntechnik – eine dauerhafte Stärke der deutschen Wirtschaft ı Nicolas Wendler
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
Ein Geschäftsschwerpunkt der Framatome ist dabei<br />
die Steuer- und Leittechnik, die in einem komplexen<br />
System die Komponenten und Systeme des<br />
Kraftwerks im Einklang mit regulatorischen und<br />
Betreiberan<strong>for</strong>derungen miteinander verknüpft und<br />
den sicheren Betrieb der Anlage erst möglich macht.<br />
Darüber hinaus bestehen auch die er<strong>for</strong>derlichen<br />
Kompetenzen beim Design von Kernkraftwerken,<br />
der Auslegung und Installation nuklearer Dampferzeugersysteme,<br />
der Entwicklung und Fertigung von<br />
Brennelementen und dazugehöriger Komponenten<br />
sowie in der Inbetriebsetzung. Das Kompetenzfeld<br />
erstreckt sich dabei auf Gebiete wie Werkstofftechnik,<br />
Mechanik, Neutronenphysik, wissenschaftliche<br />
Berechnungen, Strömungsmechanik sowie Risikound<br />
Sicherheitsanalysen. Zum Portfolio gehören<br />
auch Design und Installation elektrischer Systeme<br />
und der Notstromversorgung, des Containments<br />
und von Belüftungssystemen. Diese Neubauleistungen<br />
und vergleichbare Angebote im Zusammenhang<br />
mit Modernisierung, Instandhaltung etc. sind entsprechend<br />
der gesonderten An<strong>for</strong>derungen auch<br />
für Forschungsreaktoren unterschiedlicher Typen<br />
verfügbar.<br />
Bei der Westinghouse Electric Germany liegt der<br />
Schwerpunkt der neubauorientierten Tätigkeit<br />
beim Engineering, wie bspw. der allgemeinen Anlagenplanung.<br />
Spezielle Kompetenzen sind in<br />
Deutschland insbesondere in der Leittechnik und<br />
der Abfallbehandlung vorhanden. Hier ist deutsches<br />
Know-How in den Aufbau der SRTF (Site Radwaste<br />
Treatment Facilities) der chinesischen<br />
AP1000 Anlagen geflossen.<br />
Erwähnenswert ist, dass die<br />
polnische Regierung für ihre zukünftigen<br />
Neubauprojekte die<br />
AP1000 Technologie ausgewählt<br />
hat. Die ersten AP1000 Anlagen<br />
in Europa werden auch deutschen<br />
Firmen die Möglichkeit<br />
bieten, sich an diesen Projekten<br />
zu beteiligen.<br />
Darüber hinaus bietet Bilfinger Noell auch Konstruktionsdienstleistungen<br />
und statische und dynamische<br />
Berechnungen unterschiedlicher Art und Aufgabenstellung<br />
in Übereinstimmung mit den An<strong>for</strong>derungen<br />
unterschiedlicher kerntechnischer Regelwerke<br />
an. Beispielhaft für ein komplexes Leistungspaket sei<br />
die Lieferung und Installation des Core Melt Stabilisation<br />
System (CMSS) für EPR-Anlagen genannt.<br />
Die zentrale Komponente dieses Systems, der Core<br />
Catcher wird von der Siempelkamp NIS geliefert. Die<br />
auf Hochdruckrohrleitungen spezialisierte Bilfinger<br />
Engineering & Technologies ist natürlich ebenfalls<br />
an Neubauten beteiligt.<br />
Die Kraftanlagen Heidelberg bietet einerseits eine<br />
umfangreiche Palette von Ingenieurdienstleistungen<br />
von der Planung und Auslegung von Systemen<br />
und Komponenten in kerntechnischen Anlagen über<br />
die Expertise in technischen Festigkeitsproblemen<br />
und Strömungsanalysen bis hin zu Gesamtkonzepten,<br />
Aufstellungsplanungen einschließlich Gebäudelayouts<br />
für Abfallbehandlung, zu Montage, Service<br />
und Rohrleitungsbau. Zum anderen werden verfahrens-<br />
und maschinentechnische Systeme sowie<br />
hochwertiger Rohrleitungssysteme in Kernkraftwerken,<br />
kerntechnischen Anlagen und Forschungseinrichtungen<br />
und Fernhantierungstechnik geplant,<br />
geliefert, montiert und in Betrieb genommen.<br />
Darüber hinaus lassen sich die Produkte, Lösungen<br />
und die Fachkompetenz der oben genannten<br />
Hersteller von Systemen und Komponenten für<br />
ENERGY POLICY, ECONOMY AND LAW 27<br />
SPECIAL TOPIC | NUCLEAR TECHNOLOGY MADE IN GERMANY 27<br />
Die Bilfinger Noell liefert zahlreiche<br />
Komponenten für Kernkraftwerke<br />
wie Containment-Liner,<br />
Sicherheitshüllen, Personen- und<br />
Materialschleusen, Edelstahlauskleidungen<br />
für Becken, Kompaktlagergestelle<br />
für radioaktive<br />
Materialien, Systemkomponenten<br />
für Sicherheitssysteme und<br />
für den Reaktorbetrieb, Filterwechselmaschinen<br />
und Abfallbehandlungseinrichtungen.<br />
| Abb. 8<br />
Prüffeld für Sicherheitsleittechnik-Schränke am Framatome-Standort Erlangen.<br />
Foto: Framatome GmbH<br />
Special Topic | <strong>Nuclear</strong> Technology Made in Germany<br />
Kompetenz in Kerntechnik – eine dauerhafte Stärke der deutschen Wirtschaft ı Nicolas Wendler
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
ENERGY POLICY, ECONOMY AND LAW 28<br />
SPECIAL TOPIC | NUCLEAR TECHNOLOGY MADE IN GERMANY 28<br />
Kernkraftwerke auch auf neue Projekte anwenden.<br />
Das gilt sowohl mit Blick auf bewährte Technik als<br />
auch auf maßgeschneiderte Lösungen und neue Entwicklungen.<br />
Exemplarisch sei hier der Pumpen- und<br />
Ventilhersteller KSB genannt, der entsprechende<br />
Komponenten auch für Reaktoren der vierten Generation<br />
entwickelt, die mit flüssigem Blei oder<br />
flüssigem Salz betrieben werden sollen.<br />
Nach einer Phase in der sich die kerntechnische<br />
Wirtschaft in Deutschland sehr stark auf den Rückbau<br />
der hiesigen Kraftwerke ausgerichtet hat, tritt<br />
nun durch den absehbaren Aufschwung der Kernenergie<br />
auch in Europa nach Jahrzehnten wieder<br />
der Neubau von Anlagen als maßgebliche Aufgabe<br />
und wesentliches Geschäftsfeld in den Vordergrund.<br />
Dieser Aufschwung wird ent scheidend von<br />
klimapolitischen Ambitionen bestimmt, denen sich<br />
die EU und die meisten ihrer Mitgliedstaaten verschrieben<br />
haben. In Deutschland beschreitet man<br />
einen Weg zum weitgehenden Verzicht auf fossile<br />
Energieträger ohne Kernenergie, bei vielen unserer<br />
Nachbarn ist sie integraler Bestandteil der Klimaund<br />
Energiestrategie. Die hiesige kerntechnische<br />
Wirtschaft ist trotz der jahrzehntelangen und nunmehr<br />
abgeschlossenen Ausstiegspolitik nach wie vor<br />
in hohem Maße dazu in der Lage, die Klimapolitik<br />
unserer Nachbarn im Bereich der Kernkraft zu unterstützen<br />
und dabei ein aussichtsreiches Geschäftsfeld<br />
zu bedienen.<br />
Es wäre an der Zeit, dass die Bundesregierung<br />
die Schützengräben<br />
der Vergangenheit verlässt,<br />
den Wert der Kernenergie für die<br />
Klimapolitik anderer Staaten anerkennt<br />
sowie dementsprechend<br />
auch Exportbestimmungen und<br />
Exportförderung so handhabt<br />
bzw. ändert, dass sowohl die<br />
hiesige Branche als auch die auf<br />
Emissionsreduktion gerichteten<br />
Bestrebungen der anderen Staaten<br />
unterstützt werden.<br />
Die aktuell geplante Einführung<br />
einer klimapolitischen Sektorleitlinie<br />
für die Exportförderung<br />
wäre dafür ein geeigneter<br />
Moment und die Taxonomieverordnung<br />
der EU, von der man<br />
lediglich nicht abweichen müsste,<br />
sowie der auf die Kernenergie<br />
bezogene Annex II des Climate<br />
Change Sector Understanding<br />
der OECD bieten dafür geeignete<br />
Rahmenbedingungen.<br />
| Abb. 9<br />
Zementierungsanlage.<br />
Foto: NUKEM Technologies<br />
Zwischenlagerung und Entsorgung –<br />
eine Aufgabe mit langem Atem<br />
Ein weiteres kerntechnisches Aufgabenfeld in<br />
Deutschland neben dem Rückbau ist der gesamte<br />
Bereich des Abfallmanagements und der Entsorgung<br />
von Konditionierung über Zwischenlagerung bis zur<br />
Endlagerung. Während allerdings der Rückbau bis<br />
etwa 2040 abgeschlossen sein soll, ist die Dauer von<br />
Zwischenlagerung und Entsorgung deutlich länger<br />
anzusetzen. Im Fall der hochradioaktiven Abfälle<br />
ist nach neueren Analysen sogar mit Zeiträumen<br />
bis weit ins nächste Jahrhundert zu rechnen, die<br />
erheblich jenseits üblicher unternehmerischer Planungshorizonte<br />
liegen. Im Zuge der Neuordnung<br />
der Verantwortlichkeiten bei der Entsorgung wurden<br />
zwei staatliche Unternehmen im Besitz des<br />
Bundes gegründet, die Bundesgesellschaft für Endlagerung<br />
mbH (BGE) und die BGZ Gesellschaft für<br />
Zwischenlagerung mbH, deren Zuständigkeiten sich<br />
in ihren Namen spiegeln. Mit der Verantwortung für<br />
die meisten Zwischen- und Abfalllager und die Errichtung<br />
eines Logistikzentrums für das Endlager<br />
Konrad bzw. für die Errichtung und den späteren<br />
Betrieb des Endlagers Konrad, den Verschluss des<br />
Endlagers Morsleben, die Sanierung der Asse sowie<br />
die Standortauswahl für ein Endlager für hochradioaktive<br />
Abfälle und bestrahlte Brennelemente<br />
sind diese beiden Unternehmen die dominanten<br />
Akteure in diesem Bereich. Zur BGE gehört auch die<br />
BGE Technology, die Endlagertechnologie auch in<br />
Special Topic | <strong>Nuclear</strong> Technology Made in Germany<br />
Kompetenz in Kerntechnik – eine dauerhafte Stärke der deutschen Wirtschaft ı Nicolas Wendler
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
internationalen Kooperationsprojekten entwickelt.<br />
Alle drei Unternehmen betreiben in ihrem Zuständigkeitsbereich<br />
auch Forschung.<br />
Eine besondere Heraus<strong>for</strong>derung im Entsorgungsbereich<br />
ist wegen des langen Zeithorizonts zweifellos<br />
die Aufrechterhaltung und fachliche Erweiterung<br />
der Kompetenzen, die zur Erfüllung der Entsorgungsaufgabe<br />
notwendig sind in einem Land, dass<br />
sich von der Nutzung der Kernkraft verabschiedet<br />
hat.<br />
An dieser Stelle gibt es aber eine gute Nach richt:<br />
die Aufgaben der beiden Bundesgesellschaften<br />
stellen nur die Endpunkte der jeweiligen Tätigkeitsfelder<br />
dar. Diesen gehen seit Jahrzehnten<br />
Abfallmanagement, Abfallbehandlung, Konditionierung,<br />
Verpackung und Behälterherstellung sowie<br />
Konzeptentwicklung für Zwischenlager und die<br />
Entwicklung von Behälterkonzepten für Endlager<br />
voran. Für diese Themen stehen in Deutschland eine<br />
ganze Palette von Unternehmen zur Verfügung. So<br />
stellt die GNS Gesellschaft für Nuklearservice, die<br />
ehemals auch Zwischenlager betrieben hat und aus<br />
der heraus die BGZ ursprünglich gegründet, nicht<br />
nur alle Arten von Behältern für schwach- und mittelaktive<br />
Abfälle sowie für bestrahlte Brennelemente<br />
und hochradioaktive Abfälle her, vom einfachen<br />
Stahlblechcontainer über den hochabschirmenden<br />
MOSAIK © -Behälter bis hin zu den bekannten<br />
CASTOR © -Behältern für unterschiedliche Inventare.<br />
Abfallbehälter und Zubehör werden auch von<br />
der GNS-Tochter Eisenwerk Bassum zugeliefert.<br />
Weiterhin bietet GNS verschiedene Anlagen zur<br />
Konditionierung von schwach- und mittelaktiven<br />
Abfällen, von schwachaktiven trockenen festen Abfällen<br />
bis hin zu erheblich aktivierten Reaktoreinbauten<br />
zur Installation und zum zeitweiligen Einsatz<br />
in Konditionierungskampagnen an und führt Beladungskampagnen<br />
für bestrahlte Brennelemente in<br />
Kernkraftwerken und Forschungsreaktoren durch.<br />
Es können auch Transporte mit allen damit verbundenen<br />
Dienstleistungen insbesondere bei Planung<br />
und Genehmigung übernommen werden. Und auch<br />
für Zwischenlager werden Planung, Genehmigung<br />
sowie das Projektmanagement für Bau und Betrieb,<br />
Sicherheitsanalysen und Strahlenschutzplanung,<br />
Behälter und Equipment angeboten. Dabei wird<br />
GNS von der Tochter WTI Wissenschaftlich-Technische<br />
Ingenieurberatung unterstützt.<br />
Ein großer Anbieter von Abfallbehandlungsanlagen<br />
für radioaktive Abfälle, aber auch andere Sonderabfälle<br />
einschließlich natürlicher radioaktiver Stoffe ist<br />
die NUKEM Technologies. Neben Konzepten, Machbarkeitsstudien<br />
und Planungsleistungen können<br />
auch Anlagen bis hin zu kompletten Abfallbehandlungszentren<br />
errichtet werden. Auch Konzeption<br />
und Planungsleistungen für Zwischen- und Endlager<br />
können erbracht werden. Die Bilfinger Noell<br />
| Abb. 10<br />
Betriebsstätte<br />
Mülheim innen –<br />
CASTOR © -Fertigung.<br />
Foto: GNS<br />
ENERGY POLICY, ECONOMY AND LAW 29<br />
SPECIAL TOPIC | NUCLEAR TECHNOLOGY MADE IN GERMANY 29<br />
Special Topic | <strong>Nuclear</strong> Technology Made in Germany<br />
Kompetenz in Kerntechnik – eine dauerhafte Stärke der deutschen Wirtschaft ı Nicolas Wendler
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
ENERGY POLICY, ECONOMY AND LAW 30<br />
SPECIAL TOPIC | NUCLEAR TECHNOLOGY MADE IN GERMANY 30<br />
| Abb. 11<br />
CASTOR © -Unterwasserbeladung.<br />
Foto: GNS<br />
bietet ein umfängliches Angebot an Abfallbehandlungs-<br />
und Abfallkonditionierunsanlagen an, das<br />
Probenahme, Sortierung, Zerlegung, Zementierung,<br />
Entdeckelungsvorrichtungen, Doppeldeckelschleusen,<br />
Manipulatoren, Dekontaminationsanlagen,<br />
Hochdruckpressen, Wasserreinigung und Schutzeinhausungen<br />
umfasst.<br />
Ein umfangreiches Portfolio von Leistungen für<br />
die Planung und Errichtung von Anlagen zur Konditionierung<br />
und Lagerung radioaktiver Abfälle<br />
und bestrahlter Brennelemente bietet die Iqony<br />
an, Nachfolgeunternehmen der STEAG, die einen<br />
| Abb. 12<br />
Hochdruckhydraulikpresse FAKIR.<br />
Foto: GNS<br />
Teil der dezentralen Zwischenlager<br />
an den Standorten der<br />
Kernkraftwerke geplant und errichtet<br />
hat. Die WTI war mit den<br />
übrigen Standortzwischenlagern<br />
beauftragt. Kraftanlagen Heidelberg<br />
bietet Abfallbehandlung,<br />
Belade- und Verpackungskampagnen<br />
und verfügt darüber<br />
hinaus über ein in Deutschland<br />
einzigartiges Know-how für<br />
Verglasungseinrichtungen für<br />
flüssige hochradioaktive Abfälle<br />
aus der Wiederaufarbeitung, bei<br />
der das Unternehmen mit dem<br />
Institut für Nukleare Entsorgung<br />
des KIT zusammenarbeitet. Diese<br />
Technologie ist in Deutschland<br />
nie zur kommerziellen Anwendung<br />
gekommen und wird seit<br />
Abschluss der Arbeit der Verglasungseinrichtung<br />
Karlsruhe<br />
hierzulande nicht mehr genutzt. Sie ist insoweit ein<br />
gutes Beispiel für industriellen Kompetenzerhalt<br />
ohne Heimatmarkt, eine Situation, die sukzessive<br />
für weite Teil der Branche und ihre Fertigkeiten<br />
charakteristisch sein wird.<br />
Entsorgungsplanung – etwa für Verpackungskampagnen<br />
– Verpackungsplanung und Endlagerdokumentation<br />
für Betriebs- und Rückbauabfälle<br />
werden von der Dornier Group offeriert. Die Brenk<br />
Systemplanung bietet umfangreiche Leistungen im<br />
Abfallmanagement wie Planung von Zerlegung und<br />
Verpackung radioaktiver Abfälle, Auslegung von<br />
Verpackungen bzgl. Konrad-Annahmebedingungen,<br />
Sortierung<br />
und Umpackung radioaktiver Abfälle<br />
aus bestehenden Gebinden,<br />
Konzepte für die Abfallbehandlung<br />
und Planung von Abfallbehandlungseinrichtungen<br />
sowie<br />
Sicherheitsbewertungen für die<br />
(Langzeit-)Zwischenlagerung<br />
an. Brenk ist auch Dienstleister im<br />
Bereich Endlagerung für Planung<br />
und Genehmigung, Betrieb, Stilllegung<br />
sowie Langzeitsicherheit<br />
und deckt dabei den gesamten<br />
Lebenszyklus eines Endlagers<br />
von der Standortauswahl bis zur<br />
Stilllegung einschließlich einer<br />
denkbaren Rückholung von Abfällen<br />
ab. Die SAT Kerntechnik<br />
bietet Abfallbehandlungsanlagen<br />
und Entsorgungsplanung an.<br />
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Kompetenz in Kerntechnik – eine dauerhafte Stärke der deutschen Wirtschaft ı Nicolas Wendler
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Die Orano bietet Konditionierungs- und Entsorgungskonzepte<br />
sowie Konditionierungsleistungen<br />
im Zusammenhang mit dem Rückbau an und die<br />
Siempelkamp NIS führt im Rahmen eines Brennelemententsorgungsmanagement<br />
alle Planungs-,<br />
Analyse- und Bewertungsleistungen im Zusammenhang<br />
mit der Brennelemententsorgung aus und<br />
bietet auch für schwach- und mittelaktive Abfälle<br />
Produkte für Konditionierung und Verpackung an,<br />
bis hin zu Heißen Zellen.<br />
Kerntechnik außerhalb der klassischen<br />
Kernkraft<br />
Außerhalb der Stromerzeugung in Kernkraftwerken<br />
gibt es eine Vielfalt von Anwendungen der Kerntechnik<br />
in Medizin, Industrie, Forschung und Entwicklung<br />
sowie Landwirtschaft. Bei zahlreichen Anwendungen<br />
in diesen Bereichen, in medizinischer Diagnose<br />
und Therapie, in der zerstörungsfreien Werkstoffund<br />
Komponentenprüfung, bei Füllstands- und<br />
Durchflussmesssystemen, bei der Verbesserung von<br />
Materialeigenschaften, in der Sterilisation von Medizinprodukten,<br />
Lebensmitteln und Blutkonserven,<br />
in der Pflanzenzüchtung und Schädlingsbekämpfung<br />
werden Radioisotope als Strahlungsquellen<br />
verwendet. Die international tätige Eckert & Ziegler<br />
Strahlen- und Medizintechnik bietet sowohl medizinische<br />
als auch Isotopenprodukte in einer großen<br />
Bandbreite an. Dazu gehören umschlossene Strahlenquellen<br />
für die Brachytherapie, verschiedene<br />
Radiopharmazeutika, Geräte zu deren Herstellung,<br />
Gallium-68 Generatoren, Radiotherapiezubehör<br />
und Röntgenstrahlungstherapiegeräte. Eckert &<br />
Ziegler stellt auch Anlagentechnik (Heiße Zellen)<br />
und Geräte zur Sterilisation von Blut, Blutplasma,<br />
Knochenmark usw. her und bietet eine umfängliche<br />
Palette an Radioisotopen als umschlossene Strahlenquellen<br />
in unterschiedlichen Stärken für zahlreiche<br />
Anwendungen.<br />
Ein Lieferant Heißer Zellen für Forschung und<br />
Industrie ist auch Kraftanlagen Heidelberg, die darüber<br />
hinaus in der Fusionstechnologie engagiert<br />
sind. Für die in Bau befindliche Fusions<strong>for</strong>schungsanlage<br />
ITER wird ein Tritium-Handhabungssystem<br />
und das ITER WDS (Water Detritiation System) federführend<br />
entwickelt. Auch werden Konzept- und<br />
Detailplanung zum ADS (Atmosphere Detritiation<br />
System) und für die dazugehörigen Heißen Zellen<br />
am ITER ausgeführt, darüber hinaus konzeptionelle<br />
Designstudien für die Brennstoffkreislaufarchitektur<br />
des Tokamak-Demonstrationskraftwerks DEMO<br />
als Nachfolger des ITER erstellt. Für DEMO werden<br />
darüber hinaus Machbarkeitsstudien für die Balance<br />
of Plant sowie vor allem die Entwicklung eines<br />
Konzepts für ein <strong>Power</strong> Conversion System ausgeführt,<br />
eine der großen und für die Nutzung der<br />
Fusionstechnik entscheidenden ingenieurwissenschaftlichen<br />
und industriellen Heraus<strong>for</strong>derungen.<br />
Auch für das CERN werden Planungsleistungen<br />
ENERGY POLICY, ECONOMY AND LAW 31<br />
SPECIAL TOPIC | NUCLEAR TECHNOLOGY MADE IN GERMANY 31<br />
| Abb. 13<br />
Produktionsanlage<br />
zur Herstellung von<br />
schwach radioaktiven<br />
Implantaten bei<br />
Prostatakrebs.<br />
Foto: Eckert & Ziegler<br />
Strahlen- und<br />
Medizintechnik<br />
Special Topic | <strong>Nuclear</strong> Technology Made in Germany<br />
Kompetenz in Kerntechnik – eine dauerhafte Stärke der deutschen Wirtschaft ı Nicolas Wendler
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ENERGY POLICY, ECONOMY AND LAW 32<br />
SPECIAL TOPIC | NUCLEAR TECHNOLOGY MADE IN GERMANY 32<br />
erbracht, etwa für den Large Hadron Collider (LHC)<br />
selbst, das Hauptexperimentiergerät, und für das<br />
dort befindliche ATLAS-Experiment.<br />
Die Bilfinger Noell GmbH ist ebenfalls Lieferant für<br />
europäische Groß<strong>for</strong>schungseinrichtungen, so von<br />
Manipulatorträgersystemen für den Joint European<br />
Torus (JET) eine führende Einrichtung für Fusionsexperimente<br />
und eines Transportsystems für den<br />
LHC des CERN. Besondere Expertise besteht bei<br />
supraleitenden Magnetsystemen sowie den dazu<br />
gehörigen kryogenen Hilfssystemen, die für eine<br />
Reihe internationaler Forschungseinrichtungen<br />
und die Fusionsexperimente JT-60 und ITER bereitgestellt<br />
wurden. Für JET wurden<br />
Analysen der Magnetsysteme erstellt,<br />
für DEMO wird ein System<br />
entwickelt und auch an den Magnetspulen<br />
für Wendelstein 7-X<br />
war Bilfinger Noell beteiligt, so<br />
dass nun eine Zusammenarbeit<br />
mit den Stellarator-Start-up Proxima<br />
Fusion begonnen werden<br />
konnte.<br />
| Abb. 14<br />
Nichtplanare<br />
supraleitende<br />
Modulfeldspulen<br />
für W7-X.<br />
Foto: Bilfinger Noell<br />
wie Archäologie, Kunstgeschichte, Biologie, Biophysik,<br />
Biochemie, Chemie, Festkörperphysik,<br />
Materialwissenschaften, Medizin kernphysikalische<br />
Leistungen zur Verfügung gestellt, darunter bildgebende<br />
Verfahren, Struktur- und Nanostrukturanalyse,<br />
Spektroskopie, Elementanalyse und Positronen.<br />
Für industrielle Anwender werden diese Leistungen<br />
für zerstörungsfreie Prüfungen und Materialentwicklung<br />
angeboten. Darüber hinaus werden Bestrahlungstests<br />
durchgeführt, Isotope hergestellt<br />
und Radiotherapie ermöglicht. Für die industrielle<br />
Fertigung wird die Bestrahlung von Silizium mit<br />
Neutronen (Dotierung) zur Verbesserung der Materialeigenschaften<br />
angeboten.<br />
Einige wesentliche Anwendungen<br />
der Kerntechnik finden<br />
am führenden deutschen Forschungsreaktor,<br />
dem FRM II<br />
der TU München bzw. am Heinz<br />
Maier-Leibnitz-Zentrum (MLZ)<br />
statt. Unter Nutzung der Möglichkeiten<br />
einer der leistungsstärksten<br />
Neutronenquellen<br />
der Welt werden dort auch der<br />
internationalenForschung in<br />
unterschiedlichen Disziplinen<br />
| Abb. 15<br />
Silizium-Einkristall zur Bestrahlung in der Siliziumdotierungsanlage an der Forschungs-<br />
Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) der Technischen Universitaet Muenchen (TUM)<br />
Foto: Bernhard Ludewig/FRM II, TUM<br />
Special Topic | <strong>Nuclear</strong> Technology Made in Germany<br />
Kompetenz in Kerntechnik – eine dauerhafte Stärke der deutschen Wirtschaft ı Nicolas Wendler
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
Strahlenschutz – die universelle Aufgabe<br />
Praktisch alle der vorher genannten Unternehmen<br />
haben Kraft des Sachzusammenhangs mit ihrer<br />
Tätigkeit in der Kerntechnik und aufgrund der regulatorischen<br />
An<strong>for</strong>derungen umfassende Kompetenz<br />
im Strahlenschutz. Einige haben Strahlenschutzdienstleistungen<br />
als eines ihrer Geschäftsfelder im<br />
Bereich Kerntechnik/Kernenergie. Dazu gehören<br />
NUKEM Technologies, Kraftanlagen Heidelberg,<br />
Siempelkamp NIS, Safetec, Brenk Systemplanung,<br />
Höfer & Bechtel, iUS, Dornier Group, SAT Kerntechnik<br />
und Orano NCS. Diese Dienstleistungen<br />
werden nicht nur im Zusammenhang mit der Kernenergie,<br />
der Zwischen- und Endlagerung benötigt,<br />
sondern auch in der Nuklearmedizin und in allen<br />
Anwendungen von ionisierender Strahlung bzw.<br />
im Zusammenhang mit NORM-Materialien und der<br />
Umweltüberwachung sowie künftig auch im Bereich<br />
der Kernfusion. Es ist also tatsächlich eine sehr universelle<br />
Daueraufgabe.<br />
Kerntechnische Forschung –<br />
Zukunftssicherung für die Branche<br />
Für die Sicherung und Weiterentwicklung der<br />
Kompetenz in allen Aufgaben und Themen der<br />
Kerntechnik sowie für die Ausbildung hoch qualifizierten<br />
Personals zur Deckung des Bedarfs an<br />
Fachkräften und die technisch-wissenschaftliche<br />
Weiterentwicklung des Sektors sind die Einrichtungen<br />
von Forschung und Lehre der Kerntechnik<br />
in Deutschland dauerhaft unverzichtbar. Obgleich<br />
in den vergangenen Jahren etwas reduziert, besteht<br />
nach wie vor eine beachtliche Substanz und noch<br />
ausreichend „kritische Masse“ in der hiesigen kerntechnischen<br />
Forschungslandschaft, um genügend<br />
Absolventen hervorzubringen und in internationalen<br />
Forschungsprojekten und -programmen<br />
mitzuwirken. Erfreulich ist, dass in jüngster Zeit die<br />
Studierendenzahlen wieder steigen. Exemplarisch<br />
seien hier einige Einrichtungen genannt.<br />
Technische Universität München (TUM)<br />
An der Technischen Universität München wurde<br />
um den Lehrstuhl für Nukleartechnik mit den<br />
Forschungsschwerpunkten Reaktorsicherheits<strong>for</strong>schung,<br />
experimentelle Thermohydraulik,<br />
Strahlenanwendungen in der Medizin und, Kernreaktor-<br />
und Kernbrennstoffdesigns der Zukunft sowie<br />
den Forschungsreaktorbetrieb des FRM II und die<br />
Radiochemie München das TUM Center <strong>for</strong> <strong>Nuclear</strong><br />
Safety and Innovation (TUM.CNSI) gegründet, das<br />
die Sichtbarkeit dieser Kompetenzen und der Infrastruktur<br />
erhöhen, die internationale Reputation<br />
Deutschlands in kerntechnischen Fragen bewahren<br />
und Erhalt und Weiterentwicklung des kerntechnischem<br />
Know-how sicher stellen (siehe auch die<br />
Darstellung in der Sektion Education in dieser Ausgabe,<br />
Seite 47).<br />
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik<br />
Eine maßgebliche Forschungseinrichtung der<br />
Kerntechnik – außerhalb des Bereichs Kern kraft/<br />
Kernspaltung ist – das Max-Planck-Institut für<br />
Plasmaphysik (IPP), eine der wichtigsten Forschungseinrichtungen<br />
zu Kernfusion weltweit. Mit<br />
den eigenen Fusionsexperimenten ASDEX upgrade<br />
ENERGY POLICY, ECONOMY AND LAW 33<br />
SPECIAL TOPIC | NUCLEAR TECHNOLOGY MADE IN GERMANY 33<br />
| Abb. 16<br />
Blick in das Plasmagefäß<br />
der Fusionsanlage<br />
ASDEX<br />
Upgrade (2015).<br />
Foto: MPI für Plasmaphysik,<br />
Volker Rohde<br />
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ENERGY POLICY, ECONOMY AND LAW 34<br />
SPECIAL TOPIC | NUCLEAR TECHNOLOGY MADE IN GERMANY 34<br />
und Wendelstein 7-X sowie den Beteiligungen am<br />
Joint European Torus (JET) in Großbritannien, dem<br />
Tokamak JT-60SA in Japan, dem Projekt ITER und<br />
den Vorabreiten zu DEMO hat das IPP eine Spitzenposition<br />
in der Magneteinschlussfusion mit dem<br />
Reaktorkonzept Tokamak und eine Führungsrolle<br />
beim Stellarator-Konzept. Die Forschungsthemen<br />
sind Tokamak-Szenario-Entwicklung, Physik des<br />
Plasmarandes, Plasma-Wand-Wechselwirkung,<br />
ITER-Technologie und Diagnostik, Tokamaktheorie,<br />
numerische Methoden in der Plasmaphysik, Stellarator-Dynamik<br />
und -Transport, Stellarator-Heizung<br />
und -Optimierung sowie generelle Stellaratortheorie.<br />
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)<br />
Am Karlsruher Institut für Technologie – ehemals<br />
Gesellschaft für Kern<strong>for</strong>schung bzw.<br />
Kern<strong>for</strong>schungszentrum Karlsruhe – ist die Kerntechnik<br />
zwar lange nicht mehr Schwerpunktgebiet,<br />
bietet aber mit dem Institut für Neutronenphysik<br />
und Reaktor<strong>for</strong>schung (INR) sowie dem Institut für<br />
Nukleare Entsorgung (INE) nach wie vor Spitzen<strong>for</strong>schung<br />
in den Bereichen sicherheitstechnische<br />
Analyse kerntechnischer Anlagen und Fusion bzw.<br />
sicherer Rückbau kerntechnischer Einrichtungen<br />
und Endlagersicherheits<strong>for</strong>schung. Am INR werden<br />
die Themen Reaktorphysik und -dynamik,<br />
Anlagenentwicklung, Systemdynamik und Sicherheit,<br />
thermohydraulische Simulationen und<br />
ANZEIGE<br />
Optimierung, Neutronik und Kerndaten, Messtechnik<br />
und experimentelle Methodik sowie Design und<br />
Analyse nuklearer Komponenten, Fertigung und<br />
Qualifizierung behandelt. Am INR wird auch zu<br />
Schlüsselfragen der Kernfusion ge<strong>for</strong>scht.<br />
Am INE, das sich die Professur mit dem Institut für<br />
Technologie und Management im Baubetrieb (TMB)<br />
teilt, wird im Bereich Kerntechnik an den Themen<br />
Rückbau konventioneller und kerntechnischer<br />
Bauwerke, Endlagersystem und -komponenten,<br />
Radiochemie sowie Radionuklidspeziation und<br />
Analytik gearbeitet. Beide Institute verfügen über<br />
Forschungsanlagen und Experimentiereinrichtungen.<br />
Darüber hinaus besteht das Institut für<br />
Angewandte Thermofluidik (IATF), das sich mit<br />
innovativen Reaktorsystemen sowie im Bereich Kernfusion<br />
mit Thermohydraulik und Thermomechanik,<br />
Diagnostik und Entwicklung hochauflösender Messverfahren,<br />
Systemdynamik sowie Neutronenphysik<br />
und Kerndaten beschäftigt sowie das Institut für<br />
Thermische Energietechnik und Sicherheit (ITES) in<br />
dem u. a. an Wärmespeicherung und -übertragung<br />
mittels Wasser, Flüssigmetall und Flüssigsalz, der<br />
Magnetohydrodynamik für die Fusion, der numerischen<br />
Strömungssimulation sowie der Analyse und<br />
Entscheidungsunterstützung bei kritischer Infrastruktur<br />
und radiologischen Unfällen ge<strong>for</strong>scht wird<br />
(siehe auch die Darstellung in der Sektion Education in<br />
dieser Ausgabe, Seite 51).<br />
Special Topic | <strong>Nuclear</strong> Technology Made in Germany<br />
Kompetenz in Kerntechnik – eine dauerhafte Stärke der deutschen Wirtschaft ı Nicolas Wendler
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| Abb. 17<br />
Strömungen aus Dampf und Wasser im Kernreaktor werden am Versuchstand DENISE untersucht.<br />
Foto: HZDR/Oliver Killig<br />
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf<br />
Am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, einst<br />
Heimstatt des wichtigsten Forschungsreaktors der<br />
DDR und des zweiten Forschungsreaktors Deutschlands<br />
wird das kerntechnische Know-how am<br />
Institut für Fluiddynamik mit einem Schwerpunkt<br />
bei der Reaktorsicherheits<strong>for</strong>schung gepflegt. Die<br />
Forschungsschwerpunkte sind Experimentelle<br />
Thermofluiddynamik, Magnetohydrodynamik,<br />
Computational Fluid Dynamics und Transportprozesse<br />
an Grenzflächen. Das Institut verfügt über<br />
die Thermohydraulik-Versuchsanlage TOPFLOW.<br />
Am Institut für Ressourcenökologie (IRE) wird zu<br />
langlebigen Radionukliden in Bio- und Endlagersystemen<br />
und zur Sicherheit von Kernreaktoren<br />
ge<strong>for</strong>scht.<br />
Im Bereich der medizinischen Anwendung sind das<br />
Institut für Radioonkologie tätig, an dem daran<br />
gearbeitet wird, die Behandlung von Krebserkrankungen<br />
durch eine biologisch individualisierte,<br />
technologisch optimale Strahlentherapie zu verbessern<br />
sowie das Institut für Radiopharmazeutische<br />
Krebs<strong>for</strong>schung, das zur molekularen Bildgebung<br />
und Therapie von Tumoren <strong>for</strong>scht.<br />
Forschungszentrum Jülich<br />
Am Forschungszentrum Jülich bestehen am Institut<br />
für Energie- und Klima<strong>for</strong>schung der Arbeitsbereich<br />
vier, Plasmaphysik, zur Fusions<strong>for</strong>schung mit<br />
Forschungsschwerpunkt bei der Plasma-Wand-<br />
Wechselwirkung, Theorien und Modellierung,<br />
Materialtests, Materialien und Komponenten sowie<br />
der Arbeitsbereich sechs, Nukleare Entsorgung, an<br />
dem zur Endlagersicherheit, der Reaktorsicherheit,<br />
hochradioaktiven Abfällen, hydrometallurgischen<br />
Trennverfahren für hoch aktive Abfälle zur optimierten<br />
Endlagerkonditionierung, Radionuklidtransport<br />
sowie Safeguards und Sicherung ge<strong>for</strong>scht wird.<br />
Universität Stuttgart<br />
An der Universität Stuttgart ist die kerntechnische<br />
Forschung am Institut für Kernenergetik und Energiesysteme<br />
(IKE) gebündelt.<br />
Am IKE wird mit den beiden Abteilungen<br />
für Reaktorsicherheit, Systeme und Umwelt<br />
sowie Energiewandlung und Wärmetechnik zu Micro-Modularen-Reaktoren,<br />
Maschinellem Lernen in<br />
Störfallanalyse und Störfallmitigation, innovativen<br />
passiven Sicherheitssystemen für Kernkraftwerke,<br />
den Eigenschaften von Systemen mit überkritischen<br />
Fluiden, der Validierung bestehender Codes<br />
zur Störfallsimulation für Leichtwasser SMR und<br />
zur Weiterentwicklung von Simulationsmodellen<br />
für die späte Störfallphase zur Verbesserung von<br />
Severe Accident-Strategien ge<strong>for</strong>scht (siehe auch die<br />
Darstellung in der Sektion Education in der Ausgabe<br />
04/2023).<br />
ENERGY POLICY, ECONOMY AND LAW 35<br />
SPECIAL TOPIC | NUCLEAR TECHNOLOGY MADE IN GERMANY 35<br />
Special Topic | <strong>Nuclear</strong> Technology Made in Germany<br />
Kompetenz in Kerntechnik – eine dauerhafte Stärke der deutschen Wirtschaft ı Nicolas Wendler
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
ENERGY POLICY, ECONOMY AND LAW 36<br />
SPECIAL TOPIC | NUCLEAR TECHNOLOGY MADE IN GERMANY 36<br />
Ruhr-Universität-Bochum<br />
An der Ruhr-Universität-Bochum ist die Kerntechnik<br />
Bestandteil des Instituts für Energietechnik in der AG<br />
Plant Simulation and Safety (PSS). Die Forschungsschwerpunkte<br />
sind dabei die Weiterentwicklung,<br />
Optimierung und Validierung internationaler<br />
Störfallanalysecodes und deren physikalischer Modellbasis,<br />
Störfallanalysen und Möglichkeiten der<br />
Störfallvermeidung (Severe Accident Management<br />
Guidelines (SAMGs)), Entwicklung von Datensätzen<br />
zur Simulation europäischer Kraftwerkstypen,<br />
CFD-Analysen und die Untersuchung aktueller Ereignisse.<br />
Fazit<br />
Der Rundblick über die Kerntechnik in- und außerhalb<br />
der Kernkraft zeigt, dass es hierzulande eine<br />
vielfältige und kompetente Branche gibt, die in<br />
ihrer Gesamtheit so etwas wie einen wirtschaftlich-technologischen<br />
Hidden Champion eigener Art<br />
bildet. Betrachtet man die erstaunliche Breite industrieller<br />
und wissenschaftlicher Kompetenz in der<br />
Kerntechnik im Atomaussteigerland Deutschland,<br />
würde man kaum glauben, dass die Gesamtbranche<br />
in Industrie, staatlichen Entsorgungsunternehmen,<br />
Forschung, Behörden, Gutachterorganisationen und<br />
im Rückbau tätigen EVU-Beschäftigten auf weniger<br />
als 30.000 Mitarbeiter kommt. Die Kerntechnik in<br />
Deutschland ist offenkundig kein Beschäftigungsriese,<br />
aber ein Produktivitäts- und Außenhandelsriese,<br />
der geeignet ist, das inzwischen leider zum Teil<br />
angeschlagene Image der deutschen Wirtschaft und<br />
Industrie im Ausland zu verbessern.<br />
Lehre auszuweiten, um den Fachkräftenachwuchs<br />
für einen expandierenden Sektor zu gewährleisten.<br />
Hinzu treten aber noch die Gesichtspunkte der langfristigen<br />
Kompetenzerhaltung für die in Deutschland<br />
noch anliegenden Aufgaben, der Wunsch in diesem<br />
Bereich technologisch nicht abgehängt zu werden,<br />
während die Nachbarstaaten – gerade etwa qua Ankündigung<br />
nun auch Schweden – die Kernenergie<br />
mit bewährten und neuen Technologien ausbauen<br />
und nicht zuletzt das Bestreben, die hierzulande<br />
gewachsene besondere Sicherheitskultur in der<br />
Kerntechnik in die internationale Entwicklung einzubringen.<br />
Das Schlusswort soll nun das „Konzept<br />
zur Kompetenz und Nachwuchsentwicklung für die<br />
nukleare Sicherheit“ der Bundesregierung haben, an<br />
das hiermit erinnert sei und in dem es heißt:<br />
„Industrie, Gewerbe und Dienstleister beteiligen sich<br />
an nationaler und internationaler nuklearer Sicherheits<strong>for</strong>schung<br />
und tragen zur Kompetenzentwicklung<br />
und Nachwuchsförderung sowie zur internationalen<br />
Diskussion bei. Gleichzeitig tragen sie die Fortentwicklung<br />
des Standes von Wissenschaft und Technik auf<br />
den genannten Gebieten in die konkrete Anwendung<br />
im In- und Ausland. Damit wurden auch vertiefte<br />
Einblicke und eigenständige Erkenntnisse hinsichtlich<br />
der sicherheitsrelevanten Entwicklungen im Ausland<br />
möglich. Neben der internationalen Vernetzung von<br />
Forschung, Lehre, Genehmigung und Aufsicht bildeten<br />
Aktivitäten deutscher Unternehmen im Ausland<br />
eine wichtige Grundlage, um deutsches Sicherheitsverständnis<br />
im Ausland zu verbreiten und praktisch<br />
umzusetzen.“<br />
In einer Zeit viel beklagter Schwäche wichtiger<br />
Industriezweige bietet die Kerntechnik heute in<br />
einem Umfeld, das vom Aufschwung der Kernenergie<br />
in einer großen Zahl von Ländern und sich<br />
weitenden technischen Horizonten geprägt ist, gute<br />
Entwicklungsmöglichkeiten. Mit dem hohen Anteil<br />
an Know-how und Know-why ihrer Wertschöpfung<br />
ist die Kerntechnik nicht so stark von Energie- und<br />
Materialkosten abhängig und von ihrer Grundstruktur<br />
als Branche des Maschinen- und Anlagenbaus ist<br />
ihr Betätigungsfeld eines, dass traditionell zu den<br />
Stärken der deutschen Wirtschaft gehört, anders<br />
als etwa die Fertigung von Massenprodukten in von<br />
Kosten- und Preisdegression geprägten Branchen.<br />
Mit anderen Worten, der Wert des technischen,<br />
wissenschaftlichen und industriellen Kapitalstocks<br />
Kerntechnik ist für die deutsche Wirtschaft weit<br />
größer als die heutige Beschäftigtenzahl vermuten<br />
lässt. Dies allein sollte eigentlich Anlass für<br />
die Politik sein, die Branche in ihrem außenwirtschaftlichen<br />
Engagement zu fördern und nicht zu<br />
behindern sowie die Forschung zu erhalten und die<br />
Autor<br />
Nicolas Wendler<br />
Chefredakteur <strong>atw</strong> –<br />
<strong>International</strong> <strong>Journal</strong> <strong>for</strong> <strong>Nuclear</strong> <strong>Power</strong><br />
nicolas.wendler@nucmag.com<br />
Nicolas Wendler ist seit August 2013 Leiter Presse und Politik von Kerntechnik<br />
Deutschland e. V./Deutsches Atom<strong>for</strong>um e. V. und war davor seit März 2010 als<br />
Referent Politik dort beschäftigt. Er war zuvor als <strong>International</strong>er Referent für die<br />
internationalen Beziehungen der Jungen Union Deutschlands zuständig und hat<br />
unter anderem Themen der Energie-, Klima- und Wirtschaftspolitik für die Organisation<br />
bearbeitet. Seit Januar 2022 ist er außerdem Chefredakteur der <strong>atw</strong> –<br />
<strong>International</strong> <strong>Journal</strong> <strong>for</strong> <strong>Nuclear</strong> <strong>Power</strong>. Wendler hat in München und Bordeaux<br />
Politische Wissenschaft sowie Volkswirtschaftslehre und (Nord-) Amerikanische<br />
Kulturgeschichte studiert.<br />
Special Topic | <strong>Nuclear</strong> Technology Made in Germany<br />
Kompetenz in Kerntechnik – eine dauerhafte Stärke der deutschen Wirtschaft ı Nicolas Wendler
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
ITER and DEMO – Technology Challenges<br />
on the Way to Fusion <strong>Power</strong><br />
Klaus Hesch, Robert Stieglitz<br />
Introduction<br />
<strong>Nuclear</strong> fusion promises virtually unlimited energy production in a sustainable manner with a reduced radiological<br />
risk due to the absence of a nuclear power escalation. However, the technology is complex and still in<br />
the stage of step-wise maturation. While recently, remarkable progress has been achieved at the US Lawrence<br />
Livermore National Laboratory with a laser-driven, inertial fusion approach, the fusion development in Europe<br />
mainly focuses on magnetic confinement fusion, where a solid plasma physics basis beyond the actual<br />
implementation of the fusion reaction itself has been established. The international experimental fusion<br />
reactor ITER, currently under construction at Cadarache in the South of France, as illustrated in Figures 1– 2,<br />
and the design of a Demonstration reactor (DEMO) within the EUROfusion project are the cornerstones of the<br />
European development. <strong>Nuclear</strong> fusion requires challenging solutions in quite a number of technological and<br />
technology-related areas. Game-changing solutions are being targeted by start-up companies aiming at early<br />
deployment of fusion; still, even if successful, these will not resolve all the challenges/requirements at once,<br />
and will not make obsolete the need <strong>for</strong> integration of the remaining subsystems and <strong>for</strong> licensing. This article<br />
provides a brief overview on the technology and related challenges on the way to magnetic fusion energy.<br />
RESEARCH AUS DEN AND UNTERNEHMEN<br />
INNOVATION 37<br />
| Fig. 1<br />
ITER construction at Cadarache, France: Aerial view of construction site.<br />
(Credit :© ITER Organization, http://www.iter.org/)<br />
ITER<br />
ITER shall, <strong>for</strong> first time, demonstrate a magnetically<br />
confined, self-heating (i.e. “burning”) plasma on<br />
the basis of the D-T fusion reaction:<br />
D + T He + n + 17.6 MeV<br />
According to momentum conservation, 80 % of<br />
the reaction energy (i.e., 14.1 MeV) is carried by<br />
the neutron leaving the plasma chamber domain,<br />
while the remaining 20 % carried by the He ion is<br />
“captured” within the magnetic confinement of the<br />
plasma domain and provides heating of the plasma<br />
fuel through collisions, thus allowing to maintain<br />
the fusion reaction. The goal of ITER is to reach a<br />
Q factor of 10, i.e., to produce 10 times more fusion<br />
power than power injected into the plasma by the<br />
heating systems. This simple consideration, however,<br />
does not take into account the efficiency of<br />
the heating systems, i.e. that the power effectively<br />
injected into the plasma is lower than the power supplied<br />
to the heating systems. E.g., <strong>for</strong> the Electron<br />
Cyclotron Resonance Heating (ECRH), an efficiency<br />
(or conversion factor) of 50 % appears to be in reach.<br />
Similar arguments <strong>for</strong> the efficiency hold <strong>for</strong> a set<br />
of electrically driven technical systems required to<br />
Research and Innovation<br />
ITER and DEMO – Technology Challenges on the Way to Fusion <strong>Power</strong> Aus ı Klaus den Hesch, Unternehmen<br />
Robert Stieglitz
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
RESEARCH AUS DEN AND UNTERNEHMEN<br />
INNOVATION 38<br />
operate a fusion reactor, such as magnet system,<br />
cryo plant, fuel cycle. Furthermore, the thermodynamic<br />
efficiency providing the electric power by<br />
extracting heat from the blanket <strong>for</strong> conversion, i.e.<br />
in turbine, is well below unity.<br />
ITER will be the central facility to demonstrate a<br />
self-sustaining “burning” plasma through α-particle<br />
(He ion) heating. So far, Q factors of ~ 0.7 have<br />
been achieved with D-T reactions in the Joint European<br />
Torus (JET), a facility in operation since<br />
almost 40 years now. JET, however, is constrained<br />
to a low magnetic field produced by normal conducting<br />
magnets, and its fusion power is by its small size.<br />
The point in time when the “burning plasma” will<br />
systems <strong>for</strong> plasma diagnostics and control as well as<br />
<strong>for</strong> power and particle exhaust. Given the radiotoxicity<br />
of tritium, a closed deuterium-tritium fuel cycle<br />
is required. ITER will also be used to determine Beginning-of-Life<br />
effects in modules, called blankets,<br />
<strong>for</strong> testing the self-production of tritium. As the D-T<br />
reaction will produce neutrons and hence activation,<br />
remote handling systems will be required. An<br />
overarching challenge of course is safety demonstration<br />
and licensing.<br />
DEMO and the European Roadmap<br />
Different from ITER, DEMO shall demonstrate electricity<br />
generation out of fusion power – in a way that<br />
commercial attractiveness comes into reach and industrial<br />
actors will take over. It<br />
is thus the central element of the<br />
European Roadmap to Fusion<br />
Energy (Figure 3).<br />
| Fig. 2<br />
Assembly preparation of toroidal field coils.<br />
(Credit :© ITER Organization, http://www.iter.org/)<br />
be reached in ITER is currently subject to a re-baselining<br />
caused essentially by non-con<strong>for</strong>mities of<br />
delivered components. According to the previous<br />
schedule, fusion plasma operation has been <strong>for</strong>eseen<br />
in the early 2030ies. While ITER remains crucial <strong>for</strong><br />
the European Roadmap to fusion power, the behaviour<br />
of the “burning plasma” can to a large extent<br />
be anti cipated by more and more sophisticated<br />
modelling approaches used to define the successor<br />
of ITER, DEMO, as discussed below. So, while no<br />
surprises are expected, validation and eventually<br />
correction of the models is indispensable be<strong>for</strong>e the<br />
design of DEMO can be finalized.<br />
ITER is based on a tokamak, i.e., the fusion plasma<br />
is confined by strong magnetic fields <strong>for</strong>ming a<br />
torus shape. It will rely on a number of technological<br />
systems, part of which have been validated on JET<br />
and other plasma physics experiments worldwide;<br />
nevertheless, due to the challenges of the large scale<br />
of ITER, most of these will be “first of a kind”. To<br />
be mentioned here are the magnets confining the<br />
plasma, the plasma heating systems also providing<br />
current drive necessary to maintain the plasma,<br />
As much as possible, DEMO will<br />
rely on technologies already developed<br />
<strong>for</strong>, and validated with,<br />
ITER. Nevertheless, a number<br />
of new technological challenges<br />
has to be mastered. First and<br />
above all, DEMO will accumulate<br />
substantial doses of neutron<br />
exposure and damage in the<br />
components located within the<br />
vacuum vessel surrounding the<br />
plasma. Thus, DEMO requires<br />
neutron-resistant materials in order to achieve a<br />
reasonably high duty cycle and overall time of operation,<br />
which is one to two orders of magnitude above<br />
the overall neutron wall loads calculated <strong>for</strong> ITER.<br />
While <strong>for</strong> ITER, the expected damage and activation<br />
level in the structure does not require specific<br />
pre-cautions and allows using materials certified<br />
in nuclear power reactors, DEMO has to anticipate<br />
commercial power plant operation requirements,<br />
specifically with respect to materials and component<br />
lifetime simultaneously at a low activation<br />
level, which requires dedicated low activation neutron-resistant<br />
materials, being different from those<br />
of nuclear fission reactors. The qualification of these<br />
materials in a fusion reactor typical neutron spectrum<br />
is indicated by the line “Material research<br />
facilities IFMIF-DONES” in the Roadmap sketch, as<br />
shown in Figure 3.<br />
While the tritium <strong>for</strong> the operation of ITER will be<br />
supplied externally, DEMO will have to produce its<br />
own tritium after the initial filling – also in line with<br />
the requirements <strong>for</strong> a fusion power plant. This entails<br />
the deployment of a new fuel cycle technology<br />
Research and Innovation<br />
Aus ITER and den DEMO Unternehmen<br />
– Technology Challenges on the Way to Fusion <strong>Power</strong> ı Klaus Hesch, Robert Stieglitz
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
and the related systems, i.e., the tritium breeding<br />
blanket inside the vacuum vessel. While test blanket<br />
modules will be inserted in ITER without direct<br />
impact on ITER operation, a reliable operation of<br />
the tritium breeding blanket will be a pre-requisite<br />
<strong>for</strong> operating DEMO as a whole. Furthermore, suitable<br />
remote-maintenance technologies have to be<br />
developed <strong>for</strong> the regular exchange of this component,<br />
capable to operate reliably at high shut-down<br />
dose rates. The closed DT fuel cycle of ITER cannot<br />
be extrapolated to DEMO, as the tritium throughput<br />
will be by orders of magnitude larger, which<br />
is a consequence of the higher duty cycle and the<br />
higher overall thermal power (1–2 GW of DEMO vs.<br />
500MW of ITER). Since the tritium release to the<br />
ambient is restricted to quite low quantities and also<br />
the tritium amount in components is limited <strong>for</strong> licensing<br />
reasons, the DT-fuel cycle is targeting to<br />
minimize the overall tritium inventory, thus requiring<br />
new solutions be developed.<br />
Electricity generation in a DEMO-reactor cannot be<br />
directly copied from existing nuclear fission power<br />
plants due to the inevitably pulsed operation of a tokamak<br />
reactor. Here, advanced energy conversion<br />
technologies based upon helium at high temperatures<br />
and the use of thermal storage technologies<br />
are under development to decouple thermal power<br />
As mentioned above, the operation of a fusion reactor<br />
based upon the tokamak concept is intrinsically<br />
pulsed, i.e., in intervals with interruptions. This results<br />
from the need <strong>for</strong> inducing a toroidally flowing<br />
electric current in the plasma chamber, in order to<br />
generate a magnetic field complementing the fields<br />
of the toroidal and poloidal field coils <strong>for</strong> confining<br />
the plasma. This is realized by ramping the current in<br />
the central solenoid coil located on the torus centreline<br />
axis. Thus, in principle a tokamak represents an<br />
electric trans<strong>for</strong>mer where the secondary side is depicted<br />
by a single current turn, i.e. the plasma. An<br />
alternative magnetic plasma confinement approach<br />
is the so-called stellarator concept. Here, no induced<br />
circular current is required; instead, a particular arrangement<br />
of twisted coils around the plasma ring<br />
provides the magnetic confinement. In contrast<br />
to a tokamak, a stellerator has no circumferential<br />
symmetry thus posing new engineering challenges;<br />
however, this concept does not suffer from plasma<br />
current driven instabilities. The most recent stellerator<br />
facility, Wendelstein 7-X at Greifs wald, has<br />
successfully been set into operation with very promising<br />
results. While the stellarator development is<br />
lagging behind that of the tokamak by approximately<br />
one generation of facilities, a switch to this<br />
concept could be envisaged after DEMO depending<br />
on a further scientifically successful exploitation of<br />
Wendelstein 7-X. Similar to this<br />
parallel development on an alternative<br />
confinement concept,<br />
technological solutions <strong>for</strong> the<br />
major technological subsystems<br />
alternative to those pursued in<br />
main line of the DEMO conceptual<br />
design activity are being<br />
explored with a view to commercial<br />
attractiveness (energy<br />
efficiency of the plant, lifetime<br />
of components) and as fall-back<br />
solutions.<br />
RESEARCH AUS DEN AND UNTERNEHMEN<br />
INNOVATION 39<br />
| Fig. 3<br />
Schematic representation of the European Roadmap to Fusion Energy.<br />
(Figure taken from: A.J.H Donné et al., “European Research Roadmap to the realisation of fusion energy”,<br />
ISBN 978-3-00-061152-0, with kind permission of A.J.H. Donné)<br />
generation from power conversion as addressed in<br />
the section Balance of Plant. Last but not least, the<br />
ongoing experience of ITER licensing has shown that<br />
it may not be the best solution to apply the existing<br />
standards and procedures developed <strong>for</strong> nuclear<br />
power plants. A new approach <strong>for</strong> fusion power plant<br />
licensing will have to be developed which is based on<br />
the hazard potential of the systems and components<br />
and is currently under discussion within the IAEA.<br />
Currently, with the growing<br />
need of making new, sustainable<br />
energy solutions viable as<br />
early as possible, the European<br />
Roadmap is under revision. Both<br />
the possibility of accelerating DEMO via a stronger<br />
parallelization of developments, and of enhancing<br />
DEMO per<strong>for</strong>mance via an additional DT fusion test<br />
facility are being discussed.<br />
Technical Systems and Challenges<br />
There are numerous systems to be developed, and<br />
challenges to be tackled, around the central element<br />
of the burning plasma. An overview is indicated in<br />
Research and Innovation<br />
ITER and DEMO – Technology Challenges on the Way to Fusion <strong>Power</strong> Aus ı Klaus den Hesch, Unternehmen<br />
Robert Stieglitz
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
RESEARCH AUS DEN AND UNTERNEHMEN<br />
INNOVATION 40<br />
| Fig. 4<br />
Overview on the technical systems and challenges of magnetic confinement fusion power.<br />
(Credit © Karlsruhe Institute of Technology, www.kit.edu)<br />
Figure 4, and the different aspects are discussed in<br />
more detail above.<br />
1 – Fusion Magnets<br />
The fusion plasma is confined by strong magnetic<br />
fields. In the tokamak concept, it takes the shape<br />
of a torus, while the stellarator plasma has a more<br />
complex geometry. For ITER, three types of superconducting<br />
coils are being realized: the toroidal<br />
field coils which directly surround the plasma<br />
chamber, the central solenoid in the middle of the<br />
torus, and the poloidal field coils surrounding the<br />
torus horizontally on the outside. The superconductor<br />
materials used are NbTi and Nb 3 Sn, with<br />
the latter posing a particular challenge, as the superconducting<br />
state is reached only after a heat<br />
treatment of the alloy, prohibiting the prior application<br />
of the Kapton® insulation. After the heat<br />
treatment, the material, however, is brittle and<br />
cannot be shaped, i.e. the shaping has to be done<br />
be<strong>for</strong>e heat treatment, and the Kapton® insulation<br />
afterwards. Still, a process has been developed and<br />
successfully implemented <strong>for</strong> the ITER toroidal field<br />
coils using this material. In the view of DEMO, however,<br />
it is not yet clear whether this technology can<br />
be extrapolated to the even larger dimensions and<br />
higher fields under consideration. Alternatively,<br />
high-temperature superconductor (HTS) solutions,<br />
so far neglected because of the price gap, could come<br />
into the play, and may even be the sole solution <strong>for</strong><br />
larger, higher field stellarator magnets as compared<br />
to those of Wendelstein 7-X. Remarkable progress<br />
has been made in this field recently, e.g. the “uninsulated”<br />
HTS magnet coils presented by MIT.<br />
Nonetheless, although HTS offer unique opportunities,<br />
the knowledge on their neutron resistance is<br />
still in its infancies.<br />
2 – Plasma Heating Systems<br />
Plasma heating systems are required to bring the<br />
plasma to the temperatures of 100–150 million<br />
Kelvin necessary <strong>for</strong> the DT fusion<br />
reaction to take place, and,<br />
even during the “burning” phase<br />
with self-heating, to stabilize the<br />
plasma by localized deposition<br />
of energy. For ITER, three heating<br />
systems are <strong>for</strong>eseen in order<br />
to optimize the plasma scenario:<br />
Ion cyclotron resonance heating<br />
(ICRH), electron cyclotron resonance<br />
heating (ECRH) and<br />
negative ion based neutral beam<br />
injection (NNBI). While ICRH<br />
and ECRH use electromagnetic<br />
radiation to deposit energy in the<br />
ions and electrons of the plasma at the respective<br />
resonance frequencies determined by the magnetic<br />
field, NNBI injects high-energetic neutral fuel<br />
atoms, which are generated by first producing negative<br />
ions in a Caesium atmosphere, which then are<br />
accelerated and neutralized be<strong>for</strong>e getting injected<br />
into the plasma. The reason <strong>for</strong> this multi-step<br />
approach is that the penetration depth of injected<br />
ions is very limited due to the magnetic field confining<br />
the plasma. This can be overcome by using<br />
neutral atoms, which make their way deeper into<br />
the plasma be<strong>for</strong>e getting ionized. All the three<br />
heating systems <strong>for</strong> ITER now are in an advanced<br />
state of preparation. The goal <strong>for</strong> DEMO, in order to<br />
reduce complexity, is working with one heating system<br />
only. Given the drawbacks of NNBI (huge wall<br />
openings required vs. tritium confinement) and<br />
ICRH (trade-off between size of the antenna structures<br />
and sputtering effects), ECRH today seems to<br />
be the most promising heating system <strong>for</strong> DEMO.<br />
3 – First Wall and Plasma-Wall Interaction<br />
The plasma particles, ions and electrons, move<br />
along the magnetic field lines inside the confinement.<br />
Nevertheless, a certain fraction crosses the<br />
confinement border, still following a spiral trajectory<br />
and moving towards the intended exit point, the<br />
divertor. Even in normal operation, a small fraction<br />
of the plasma exhaust particles though hit the wall<br />
of the vacuum vessel, and this fraction can become<br />
large locally in the case of off-normal events, entailing<br />
sputtering and degradation of the wall facing<br />
the plasma, the so called “First Wall”. In <strong>for</strong>mer plasma-physics<br />
experiments, carbon as a low-Z element<br />
that will be fully ionized in the plasma, and thus will<br />
not emit electromagnetic radiation from electronic<br />
state transitions, had been the material of choice <strong>for</strong><br />
the First Wall. The presence of tritium in real fusion<br />
reactors, however, prohibits the use of carbon due<br />
to the possibility of <strong>for</strong>ming tritiated hydrocarbons.<br />
For ITER, a different low-Z element, beryllium, thus<br />
Research and Innovation<br />
Aus ITER and den DEMO Unternehmen<br />
– Technology Challenges on the Way to Fusion <strong>Power</strong> ı Klaus Hesch, Robert Stieglitz
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
had been selected and tested in JET. As Beryllium,<br />
un<strong>for</strong>tunately, is toxic <strong>for</strong> a part of the population,<br />
there are now considerations to immediately move<br />
to the First Wall material that will have to be used<br />
<strong>for</strong> DEMO and fusion power plants anyway, tungsten<br />
– a choice that is dictated by the sputtering and<br />
heat resistance of the material.<br />
4 – <strong>Power</strong> & Particle Exhaust – the Divertor<br />
A fraction of the plasma particles will regularly leave<br />
the confinement and move, still affected by the magnetic<br />
fields, parallel to the walls of the toroidal<br />
vessel to the intended exit point, the divertor. This<br />
depletion (and replacement with new fuel) is necessary<br />
to remove impurities as well as the helium “ash”<br />
of the fusion reaction. The divertor is a ring-shaped<br />
component at the bottom of the torus-shaped plasma<br />
vessel, consisting of the inner and outer target<br />
plates, the dome which inhibits back-diffusion of<br />
the neutralized particles into the core plasma be<strong>for</strong>e<br />
they can be pumped away, and a supporting structure.<br />
The highly energetic plasma particles will hit the<br />
target plates, releasing their kinetic energy. Thereby<br />
these plates will have to sustain heat loads of up to<br />
20MW/m 2 . For ITER, a solution has been developed<br />
using tungsten “monoblocks” enveloping a watercooled<br />
copper-chrome-zirconium alloy tube, with<br />
the joining of the monoblocks and the tube being a<br />
particular challenge. To limit the heat load, and also<br />
the sputtering damage caused by highly-energetic<br />
plasma ions, divertor “detachment” is considered as<br />
a solution. By injecting suitable material (e.g., noble<br />
gases or nitrogen) into the plasma exhaust stream,<br />
neutralization and energy dissipation by electromagnetic<br />
radiation can be achieved spreading the<br />
heat load over a larger area. This is being intensely<br />
studied <strong>for</strong> DEMO, along with improved divertor<br />
geometries and materials combinations. A Divertor<br />
Test Tokamak (DTT) is currently under construction<br />
at Frascati, Italy.<br />
5 – Plasma Diagnostics & Control<br />
For stable and reliable operation of the plasma and<br />
thus the entire plant, the status of the plasma has<br />
to be monitored and controlled through the different<br />
phases, i.e., the ramp-up, the flat-top and the<br />
ramp-down, referring to the plasma temperature<br />
and current, respectively. From previous plasma<br />
physics experiments, quite a number of diagnostic<br />
techniques have been developed to detect the<br />
position, density and temperature distribution of<br />
the plasma, the plasma current as well as impurities,<br />
magneto-hydrodynamic (MHD) effects and<br />
instabilities. Many of these detect electromagnetic<br />
radiation (IR spectroscopy, bolometry, reflectometry,<br />
polarometry, …) and fields. Exhaust gas analysis<br />
complements the in-vessel sensors to evaluate the<br />
plasma gas composition and impurity content. For<br />
a neutron emitting fusion plasma, neutron and<br />
gamma detection and determination of the local<br />
reaction rate is important in addition.<br />
The actors to react to the sensor signals, to maintain<br />
the plasma and steer it in the desired way, are the<br />
heating (and current drive) systems allowing the localized<br />
deposition of energy, as well as the fueling<br />
systems (gas or – frozen – pellet injection) as well as<br />
in-vessel magnet coils – besides the central solenoid<br />
and the poloidal field coils.<br />
For ITER, there is an ongoing exercise to determine<br />
which sensor heads, mirrors, transmission lines etc.<br />
can withstand the neutron exposure at least <strong>for</strong> a<br />
reasonable time span, or how this can be extended.<br />
For DEMO, clearly the challenge is to develop control<br />
scenarios which can work with a severely reduced<br />
inventory of sensors suited <strong>for</strong> a harsh neutron environment<br />
– or can work in sufficient distance to it.<br />
6 – Deuterium-Tritium Fuel Cycle<br />
ITER and DEMO rely on the D-T fusion reaction,<br />
which requires the operation of a closed tritium<br />
cycle because of the radiotoxicity of this hydrogen<br />
isotope. Tritium has a half-life of slightly more than<br />
12 years and can easily substitute protium (usual<br />
hydrogen) in water. 1µg of tritium incorporation<br />
(as water or in aerosols) comes close to the occupational<br />
limit of 20mSv per year, and is well above the<br />
exposure limit of 1mSv per year <strong>for</strong> the general public.<br />
The technology <strong>for</strong> the ITER fuel cycle has been<br />
developed and is now being transferred to industrial<br />
scale; it relies on cryo-pumping, purification<br />
and isotope separation processes which have to be<br />
operated with a certain inventory each. As tritium<br />
throughput <strong>for</strong> DEMO will have to be about two orders<br />
of magnitude higher than that of ITER (power<br />
and duty cycle scaling), extrapolation of the ITER<br />
processes is not possible. Assuming an (optimistic)<br />
tritium burn-up fraction of 2%, the overall tritium<br />
inventory in the systems could easily pile up to ~15<br />
kg, and even more, if the burn-up fraction is lower.<br />
This would present a serious obstacle to licensing.<br />
Thus, new processes have to be introduced, and are<br />
already under development. One major advance will<br />
be replacing the discontinuous cryopumping by continuous<br />
processes using mercury pumps. Another<br />
breakthrough is expected from the application of<br />
membrane processes <strong>for</strong> “Direct Internal Recycling”,<br />
i.e., re-directing ~80% of the unburnt deuterium<br />
and tritium from the plasma exhaust directly back<br />
into the plasma, while the helium and other impurities<br />
to be removed stay in the remaining exhaust gas<br />
RESEARCH AUS DEN AND UNTERNEHMEN<br />
INNOVATION 41<br />
Research and Innovation<br />
ITER and DEMO – Technology Challenges on the Way to Fusion <strong>Power</strong> Aus ı Klaus den Hesch, Unternehmen<br />
Robert Stieglitz
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
RESEARCH AUS DEN AND UNTERNEHMEN<br />
INNOVATION 42<br />
stream which will go the purification and separation<br />
systems, thus reducing the tritium load and inventory<br />
there in proportion.<br />
7 – Tritium Breeding Blanket<br />
ITER will receive external tritium supply, which<br />
can be provided from the tritium production in<br />
CANDU type reactors. For DEMO and subsequent<br />
fusion power plants, after having been equipped<br />
with a tritium start-up inventory of a few kg, tritium<br />
self-sufficiency is mandatory, also limiting<br />
the transportation risks <strong>for</strong> the hazardous nuclide.<br />
This can be achieved by so-called tritium breeding<br />
blankets around the plasma, but inside the vacuum<br />
vessel, making use of the reaction:<br />
6 Li + n T + He + 4.8 MeV<br />
Theoretically, each neutron produced by a D-T fusion<br />
reaction thus can generate a new tritium atom.<br />
In reality, however not the entire area of the plasma<br />
facing wall can be occupied by blankets. Moreover,<br />
the blankets require structural materials. Thus,<br />
many neutrons undergo nuclear reactions or are<br />
absorbed within matter not contributing to tritium<br />
breeding. Hence, neutron multiplication is necessary<br />
to compensate <strong>for</strong> this. As neutron multiplier<br />
materials, beryllium (or Be-rich compounds) or Pb<br />
are being considered. In the European fusion program,<br />
two combinations are being developed <strong>for</strong><br />
DEMO, i.e., the so-called liquid breeder, a eutectic<br />
mixture of lithium and lead which will be pumped<br />
through the blanket structure, and the “solid breeder”<br />
variant consisting of lithium ceramics pebble<br />
beds surrounded by TiBe 12 structures. For both approaches,<br />
test blanket modules are <strong>for</strong>eseen in ITER.<br />
Beyond breeding tritium, the breeding blanket has<br />
the equally important function of transferring the<br />
heat generated by the neutron moderation and the<br />
nuclear reactions to a suitable primary coolant at a<br />
high temperature level <strong>for</strong> conversion into electricity.<br />
In the European program, two coolant options<br />
are being developed, i.e., water and helium. The<br />
water variant is deemed to be more mature because<br />
of the experience from the PWR plants. Nevertheless,<br />
radiation-induced chemistry will be different<br />
because of the different neutron energy spectrum<br />
with much higher energies in fusion. Moreover, the<br />
PWR range of 285 °C – 325 °C actually is not compatible<br />
with the operation temperature range of<br />
the structural material so far developed <strong>for</strong> fusion,<br />
EUROFER, which is between ~ 350 °C – 550 °C as<br />
discussed below. Helium can exploit the full range<br />
of this temperature window, giving access to higher<br />
efficiency due to the higher temperature level and<br />
the higher temperature rise - even though, as a compressible<br />
medium with less heat capacity than water,<br />
it will need higher pumping power -, and will avoid<br />
any coolant chemistry problems. However, components<br />
cannot be bought off the shelf but will have<br />
to be developed, while prototype facilities already<br />
exist.<br />
Last but not least, another important function of the<br />
breeding blanket is shielding the superconducting<br />
magnets behind the vacuum vessel from the fusion<br />
neutrons.<br />
8 – Neutron-Resistant Structural Materials<br />
The D-T fusion reaction intrinsically produces<br />
neutrons of 14.1 MeV energy. This is an order of<br />
magnitude higher than in “fast” fission reactors<br />
and much higher than the average neutron energy<br />
in water-moderated reactors. Hence, different<br />
damage rates and damage mechanisms in the exposed<br />
materials and components inside the plasma<br />
vessel (breeding blanket, divertor) have to be considered.<br />
Similar to fission neutrons, fusion neutrons<br />
cause displacement damage, i.e., displacement cascades<br />
propagating from the primary knock-on atom<br />
through the material, with the consequences being<br />
proportional to the deposited neutron energy. The<br />
exposure level is measured in “displacements per<br />
atom” (dpa). A single neutron can cause, depending<br />
on the deposited energy, thousands to millions of<br />
displacements, with most of them relaxing to the<br />
original or an equivalent lattice position still within<br />
the propagation time of the cascade. Nevertheless,<br />
the remaining displacements accumulate. Furthermore,<br />
the neutrons can react with the nuclei of the<br />
structure, resulting in transmutation and activation.<br />
In transmutation reactions, light nuclei (H, He) are<br />
ejected; the resulting atoms can be trapped at grain<br />
boundaries and cause embrittlement. Activation reactions<br />
cause radioactivity, which has to be limited<br />
to the minimum possible level and should decay fast<br />
to definitely avoid the need <strong>for</strong> a long-term repository.<br />
Given the fact that the activation of pure iron<br />
under fusion conditions will entail a decay time<br />
of ~100 years until recycling will be possible, the<br />
reduced-activation ferritic-martensitic steel EU-<br />
ROFER has been developed, avoiding / replacing<br />
alloy elements which could generate radioactive<br />
nuclides with long decay times like Ni. The material<br />
is well characterized with fission reactor neutrons,<br />
resulting in an operation temperature range from<br />
350 to 550°C under neutron irradiation. Below this<br />
range, irradiation embrittlement will move the<br />
brittle-to-ductile transition to values above room<br />
Research and Innovation<br />
Aus ITER and den DEMO Unternehmen<br />
– Technology Challenges on the Way to Fusion <strong>Power</strong> ı Klaus Hesch, Robert Stieglitz
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
temperature, and above, yield strength and creep<br />
resistance decrease significantly. Developments<br />
on alternative steels <strong>for</strong> a lower (water cooling) or<br />
a higher temperature range (helium cooling) are<br />
ongoing, yet neutron irradiation results so far are<br />
preliminary only. In general, the lack of the possibility<br />
of material irradiation with a fusion-relevant<br />
spectrum, i.e., 14 MeV neutrons, at substantial flux<br />
is an obstacle in the development and qualification<br />
of materials <strong>for</strong> the blanket and the divertor. To<br />
overcome this, construction of an accelerator-based<br />
neutron source, “DONES”, has now been started at<br />
Granada, Spain. Still, it will take about 10 years until<br />
neutron exposures can start there and the necessary<br />
neutron dose rates can be accumulated.<br />
As an estimate, the most exposed part of the breeding<br />
blanket will accumulate 20 – 30 dpa per year,<br />
depending on the layout of the power plant. The<br />
neutron resistance will determine the lifetime of the<br />
component in the reactor and hence the economic<br />
viability (see below).<br />
9 – Plant Logistics and Remote Maintenance<br />
Due to the neutrons produced in the fusion reaction,<br />
the components in the plasma vessel will become<br />
activated, and will require remote handling <strong>for</strong><br />
maintenance and exchange. For ITER, this concerns<br />
the divertor elements at the bottom of the reactor<br />
vessel, as well as the First Wall panels covering it<br />
at the inside. These operations will be provided by<br />
dedicated equipment that will access the inside of<br />
the vessel through ports, i.e., openings in the vessel<br />
usually closed by port plugs. Further port plugs<br />
serve as inserts <strong>for</strong> test modules <strong>for</strong> breeding blanket<br />
systems, and <strong>for</strong> the diagnostic equipment needed.<br />
As the port plugs “see” the fusion neutrons, their exchange<br />
has to be done by remote maintenance, too.<br />
While the divertor and (few) port operations <strong>for</strong><br />
DEMO could be very similar to those <strong>for</strong> ITER, the<br />
situation with the breeding blankets is completely<br />
different. Here, we have components of steel,<br />
filled with breeder and neutron multiplier materials,<br />
which, because of the stopping length of the<br />
neutrons, will be 1–1.5 m thick. Single sectoral, banana-shaped<br />
elements will weigh tens of tons. The<br />
current plan is to exchange them by lifting them<br />
through ports at the top of the vessel. Alternatively,<br />
there could be smaller compartments, reducing the<br />
payload <strong>for</strong> the remote handling system, however<br />
increasing substantially the number of pipe connections<br />
which have to be opened and re-welded.<br />
The development of a suitable, licensable remote<br />
maintenance system <strong>for</strong> DEMO, and the necessary<br />
tools, still represents a major challenge. The duration<br />
and efficiency of these operations, in relation<br />
to the in-vessel lifetime of the components, will<br />
have a major impact on the availability of DEMO<br />
and any subsequent power plant. Thus, similarly to<br />
increasing blanket and divertor lifetime as much as<br />
possible, efficient, well-coordinated remote maintenance<br />
operations are key to the overall efficiency<br />
of the plant. To this end, an intelligent, integrated<br />
planning of the individual remote maintenance operations,<br />
taking into account the availability of tools,<br />
space requirements, pathways between the reactor<br />
vessels and the hot cell, storage space and operators,<br />
i.e., an integrated plant logistics model, has to be developed<br />
to allow rigorous optimization.<br />
10 – Energy Conversion – Balance of Plant<br />
As already mentioned, electricity generation from<br />
fusion is not just an extrapolation from fission. The<br />
pulsed operation (pulses of several hours with dwell<br />
times of 10 -15 minutes are targeted <strong>for</strong> DEMO) will<br />
necessitate intermediate heat storage. Currently,<br />
molten-salt systems with different parameters <strong>for</strong><br />
water or helium as the primary (blanket) coolant<br />
are being considered, with water, offering the lower<br />
temperature shift, requiring the larger storage.<br />
Complementary, and with the aim to reduce the intermediate<br />
storage requirement, steam turbines that<br />
would allow operation with changing load levels are<br />
under consideration. In any case, the dynamic behaviour<br />
of such combined conversion systems <strong>for</strong><br />
the different load cases has to be understood. To<br />
this end, pilot facilities <strong>for</strong> the two different primary<br />
coolants are under construction at Brasimone, Italy,<br />
and Karlsruhe, Germany. Furthermore, the blankets<br />
are not the only source of heat. Other sources are<br />
the divertor and the plasma heating systems (with<br />
the part of their energy consumption that is not sent<br />
to the plasma), of course at different temperature<br />
levels. It is a challenge to integrate these into the<br />
overall conversion cycle - as is the electricity supply<br />
<strong>for</strong> the different plant systems, e.g., the cryo-plant,<br />
the magnets and again the heating systems.<br />
Once the stellarator concept will be mature enough<br />
to be developed into a power plant, the need <strong>for</strong> an<br />
intermediate heat storage may lose importance or<br />
may even disappear. Still, intermediate transfer to a<br />
secondary coolant will be necessary to avoid tritium<br />
diffusion and/or radiolysis products migration into<br />
the conversion systems.<br />
11 – System Engineering and<br />
Plant Integration<br />
As shown so far, a fusion reactor / power plant will<br />
consist of quite a number of components / systems<br />
with different functions, each of them with a parameter<br />
range <strong>for</strong> operation with optimum and<br />
RESEARCH AUS DEN AND UNTERNEHMEN<br />
INNOVATION 43<br />
Research and Innovation<br />
ITER and DEMO – Technology Challenges on the Way to Fusion <strong>Power</strong> Aus ı Klaus den Hesch, Unternehmen<br />
Robert Stieglitz
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
RESEARCH AUS DEN AND UNTERNEHMEN<br />
INNOVATION 44<br />
limiting values, in quite some cases depending on<br />
the material choice (breeding blanket, divertor, first<br />
wall, magnets, sensor and actuator systems). These<br />
components will not operate in isolation, but there<br />
are numerous interfaces between them, thus also<br />
relating the respective operation conditions and<br />
the per<strong>for</strong>mances. The system engineering task <strong>for</strong><br />
DEMO and subsequent fusion power reactors first<br />
of all is to systematically understand the interfaces<br />
among the different components and their mutual<br />
impact, and to develop tentative, conceptual integral<br />
plant designs. At the appropriate level of maturity<br />
and characterization, this in the first place will lead<br />
to favourable technology choices.<br />
Once the choices are made, the different components<br />
have to be integrated into a detailed, viable<br />
plant design. This will be supported by the development<br />
of a system code integrating the models of<br />
the components and their interactions into a single,<br />
powerful software tool <strong>for</strong> the optimization of the<br />
overall design and parameter choices. The development<br />
of such tool is already being addressed in the<br />
European program.<br />
12 – Plant Safety & Licensing<br />
Licensing of ITER, DEMO and any subsequent fusion<br />
power plant will require an encompassing<br />
safety demonstration. Above all, the confinement<br />
of radionuclides, in particular tritium, has to be<br />
guaranteed <strong>for</strong> operation and maintenance as well<br />
as <strong>for</strong> management and intermediate storage of radioactive<br />
waste. The most important first operational<br />
static confinement barrier is the vacuum vessel with<br />
its port extensions, but according to the defensein-depth<br />
principle, further static and dynamic<br />
confinement barriers need to be implemented. An<br />
exhaustive set of accidental scenarios with lead<br />
cases enveloping minor accidents/incidents, and<br />
the corresponding protection measures, have to be<br />
defined. However, the latter are highly dependent<br />
on the design options chosen, so at present a design<br />
analysis is per<strong>for</strong>med based only on the SSG guidelines<br />
<strong>for</strong>mulated by the IAEA.<br />
licensing framework <strong>for</strong> fusion plants will have to be<br />
developed. This is already being actively addressed<br />
in the US and the UK; the IAEA has started a related<br />
initiative, and also in Europe and in Germany there<br />
are signals that the need <strong>for</strong> a specific fusion licensing<br />
framework has been understood at the political<br />
level.<br />
Summary<br />
There are many technical challenges on the way<br />
to fusion power. Among these, the interplay and<br />
integration of the different subsystems into one coherent<br />
plant design probably is the biggest one. All<br />
the areas where specific solutions are required are<br />
being addressed now within the European fusion<br />
program, of course, at different levels of maturity. At<br />
present, the finalization of the solutions required <strong>for</strong><br />
ITER has priority. Nevertheless, in the sense of early<br />
deployment of fusion, other aspects like fusion-neutron-resistant<br />
materials or the tritium breeding<br />
blanket, must not be neglected. A specific licensing<br />
framework <strong>for</strong> fusion plants will be necessary.<br />
Authors<br />
Dr. Klaus Hesch<br />
Karlsruhe Institute of Technology,<br />
Fusion Programme Management<br />
klaus.hesch@kit.edu<br />
Klaus Hesch obtained his PhD degree in Physical Chemistry at the University of<br />
Heidelberg in 1991. He joined the Forschungszentrum Karlsruhe (FZK; today:<br />
Karlsruhe Institute of Technology - KIT) in 1998. During the year 2004, he was<br />
delegated to the Fusion Directorate of the Federal Ministry <strong>for</strong> Education and<br />
Research (Bonn). He afterwards joined the Fusion Programme Management of<br />
FZK. Since 2011, he is Head of the KIT Fusion Programme, spokesperson of the<br />
topic “Fusion Technologies and Materials” in the Helmholtz Program Fusion, and<br />
represents KIT in the EUROfusion General Assembly since 2014.<br />
Prof. Dr.-Ing. Robert Stieglitz<br />
Karlsruhe Institute of Technology,<br />
Institute <strong>for</strong> Neutron Physics and Reactor Technology<br />
The licensing exercise <strong>for</strong> ITER so far has shown<br />
that transferring nuclear fission based regulations<br />
to a fusion plant might not be adequate due to differences<br />
in physics and hazard potential. Fission<br />
licensing regulations are adapted to risks that do<br />
not exist in fusion, in particular power escalations<br />
caused by reactivity events associated with potential<br />
consequences of the release of a high radionuclide<br />
inventory, which also is not given in the case of<br />
fusion. Using this framework <strong>for</strong> fusion would entail<br />
setting wrong priorities. Instead, an adapted<br />
robert.stieglitz@kit.edu<br />
Robert Stieglitz obtained his PhD in Mechanical Engineering at the University of<br />
Karlsruhe in 1994. Between 2002 and 2009, he was Head of the Karlsruhe Liquid<br />
metal Laboratory (KALLA) at Forschungszentrum Karlsruhe (FZK; today: Karlsruhe<br />
Institute of Technology - KIT). Since 2009, he is Head of the FZK / KIT Institute <strong>for</strong><br />
Neutron Physics and Reactor Technology (INR), Chair of the FZK / KIT Institute <strong>for</strong><br />
Fusion and Reactor Technology (IFRT) and Director of the Frederic Joliot Otto<br />
Hahn School (CEA-KIT). He is member of the ITER Operations Network since 2017.<br />
Nutzungsrechteinhaber Karlsruher Institut für Technologie.<br />
Urheber Klaus Hesch und Robert Stieglitz.<br />
Copyright Holder Karlsruhe Institute of Technology.<br />
Authors Klaus Hesch and Robert Stieglitz.<br />
Research and Innovation<br />
Aus ITER and den DEMO Unternehmen<br />
– Technology Challenges on the Way to Fusion <strong>Power</strong> ı Klaus Hesch, Robert Stieglitz
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
Kerntechnische Lehrstühle an<br />
deutschsprachigen<br />
Universitäten und Hochschulen<br />
Kerntechnik studieren, aber wo? In dieser Reihe werden die kerntechnischen Lehrstühle an deutschsprachigen<br />
Universitäten und Hochschulen in Kurzportraits vorgestellt. Hierbei geht es vor allem<br />
darum, die Standorte vorzustellen, die aktuelle Lehre zu beleuchten und exemplarisch Forschungsarbeiten<br />
zu präsentieren.<br />
Technische Universität München.<br />
TUM Center <strong>for</strong> <strong>Nuclear</strong> Safety<br />
and Innovation (TUM.CNSI)<br />
Das Motto von TUM.CNSI „Kompetenzerhalt<br />
durch Forschung“ fasst unsere Mission und<br />
Motivation in drei Worten zusammen. Wir<br />
sind davon überzeugt, dass die Kerntechnik mehr<br />
ist als eine Brückentechnologie, bereits heute<br />
Lösungen für existenzielle Probleme liefert und<br />
einen entscheidenden Beitrag dazu leisten wird,<br />
dass wir die Heraus<strong>for</strong>derungen der kommenden<br />
Jahrzehnte erfolgreich meistern werden. Dies<br />
ist allerdings nur dann möglich, wenn die aktuell<br />
durchaus vorhandenen offenen Fragestellungen<br />
durch motivierte Forschungsprojekte angegangen<br />
werden. Wir sind überzeugt, dass Universitäten<br />
dafür die idealen Institutionen sind. Insbesondere<br />
bei der dringend gebotenen Dekarbonisierung<br />
ist die Kerntechnik nahezu unersetzlich, gleiches<br />
gilt für die Entwicklung modernster Medikamente<br />
für die Krebsdiagnostik und -therapie. Die aktive<br />
Forschung einerseits sowie die Vermittlung der notwendigen<br />
Expertise an motivierte Studierende und<br />
junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler<br />
andererseits stellt seit seiner Gründung 2021 einen<br />
der wesentlichen Eckpfeiler von TUM.CNSI dar.<br />
Die Kernenergie – eine Bestandsaufnahme<br />
Trotz des vollzogenen Ausstieges aus der Nutzung<br />
der Kernenergie zur gewerblichen Erzeugung von<br />
Elektrizität in Deutschland wird die Kerntechnik<br />
aufgrund ihres breiten Anwendungsspektrums<br />
auch zukünftig eine wesentliche Rolle am Wissenschafts-<br />
und Forschungsstandort Deutschland<br />
spielen. Sie findet Anwendung in zahlreichen<br />
Bereichen, wie z. B. der Werkstoffprüfung, der<br />
Grundlagen<strong>for</strong>schung und der Herstellung von<br />
Radiopharmazeutika. So übernehmen wenige<br />
Forschungsreaktoren und radiochemische Einrichtungen<br />
eine tragende Rolle bei der weltweiten<br />
Versorgung mit Radiopharmaka wie z. B. Technetium-99m.<br />
Kerntechnisches Wissen ist ebenfalls<br />
grundlegend für Strahlen<strong>for</strong>schung und Strahlenschutz.<br />
Auch werden Stilllegung und Rückbau der<br />
bestehenden nuklearen Anlagen in Deutschland<br />
sowie die Suche, Qualifizierung und Inbetriebnahme<br />
von Endlagern für radioaktive Abfälle noch<br />
über Jahrzehnte andauern. Gleichzeitig beurteilt<br />
die überwiegende Mehrheit der europäischen<br />
und internationalen Industriegesellschaften die<br />
Kernenergie, insbesondere im Hinblick auf ihren<br />
positiven Beitrag zu Klima- und Umweltschutz,<br />
wesentlich wohlwollender. So befinden sich derzeit<br />
weltweit 50 Kernreaktoren im Bau.<br />
In der ersten Hälfte des 21. Jahrhunderts, und<br />
perspektivisch darüber hinaus, werden daher<br />
weiterhin umfangreiches Fachwissen und Anwendungserfahrung<br />
im nuklearen Bereich in<br />
Deutschland er<strong>for</strong>derlich sein. Zusätzlich liegt es<br />
im ureigenen Sicherheitsinteresse der Bundesrepublik,<br />
Expertise in der nuklearen Sicherheit zu<br />
besitzen, um diese international aktiv einbringen<br />
zu können. Diese Expertise bezieht sich dabei<br />
explizit nicht nur auf den Erhalt bereits erworbenen<br />
Wissens. Mit Hinblick auf die Entwicklung<br />
und Implementierung neuer Reaktorkonzepte im<br />
europäischen und außereuropäischen Ausland<br />
muss auch eigene Forschung betrieben werden,<br />
um international auf Augenhöhe diskutieren und<br />
argumentieren zu können.<br />
ENERGY POLICY, EDUCATION ECONOMY AND TRAINING AND LAW 45<br />
Education and Training<br />
Technische Universität München – TUM Center <strong>for</strong> <strong>Nuclear</strong> Safety and Innovation (TUM.CNSI) ı Tobias Chemnitz, Christian Reiter
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
ENERGY POLICY, EDUCATION ECONOMY AND TRAINING AND LAW 46<br />
Garchinger Reaktoren – vom nuklearen<br />
Anfang und Ausklang in Deutschland<br />
Während mit dem Forschungsreaktor München<br />
(FRM) 1957 das Reaktorzeitalter in Deutschland<br />
eingeläutet wurde, wird es voraussichtlich gegen<br />
Ende des 21. Jahrhunderts mit dem Abschalten<br />
der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-<br />
Leibnitz (FRM II) dort seinen Ausklang finden.<br />
Beide Reaktoren haben den Standort Garching<br />
nachhaltig geprägt und auch die kerntechnische<br />
Forschung und Lehre an der TUM ist historisch vor<br />
allem mit dem FRM II eng verwoben. Da bei diesem<br />
bereits von Beginn an eine Umstellung auf einen<br />
Brennstoff mit niedrigerer Anreicherung vorgesehen<br />
und politisch verankert war, wurde 2003 die<br />
Arbeitsgruppe Hochdichte Kernbrennstoffe/Reaktorphysik<br />
gegründet. Sie entwickelt den für die<br />
Umrüstung er<strong>for</strong>derlichen neuen Kernbrennstoff<br />
und realistische, theoretische Umrüstungsszenarien.<br />
Dazu betreibt sie seit 2013 ein deutschlandweit<br />
einzigartiges Kernbrennstofflabor zur Forschung<br />
und Entwicklung von neuen, hochdichten<br />
Kernbrennstoffen für Forschungsreaktoren. Als Ergebnis<br />
dieser langjährigen Bemühungen konnte<br />
2022 gezeigt werden, dass mit einem neuartigen<br />
monolithischen Uran-Molybdän Brennstoff sowie<br />
geometrischen Änderungen eine Umrüstung des<br />
FRM II auf ein niedrig-angereichertes Brennelement<br />
wissenschaftlich möglich ist. Damit ist die<br />
Voraussetzung für einen langfristigen Weiterbetrieb<br />
der Garchinger Neutronenquelle geschaffen.<br />
Bündelung von Kompetenzen –<br />
Gründung von TUM.CNSI<br />
Die TUM ist seit diesem Jahr die einzige Betreiberin<br />
eines Kernreaktors im Regelbetrieb mit<br />
einer nennenswerten thermischen Leistung und<br />
verfügt darüber hinaus mit der in unmittelbarer<br />
Nachbarschaft gelegenen Radiochemie<br />
München (RCM) und<br />
dem Lehrstuhl für Nukleartechnik<br />
über ein für eine Universität<br />
deutschlandweit einzigartiges,<br />
kerntechnisches Fähigkeitsportfolio.<br />
Somit war es naheliegend,<br />
die am Campus bereits bestehenden<br />
Kompetenzen unter<br />
einem gemeinsamen Namen<br />
zusammenzuführen, sodass<br />
2021 das TUM Center <strong>for</strong> <strong>Nuclear</strong><br />
Safety and Innovation<br />
(TUM.CNSI) gegründet wurde.<br />
In diesem wird die an der TUM<br />
vorhandene Expertise in Themenkomplexen<br />
gebündelt,<br />
sodass Forschungsprojekte<br />
interdisziplinär behandelt werden können. Dazu<br />
zählen z. B. die Entwicklung neuartiger Reaktorkonzepte,<br />
neue Lösungen für die Prozessierung<br />
und Entsorgung nuklearer Abfälle sowie die Entwicklung<br />
neuer medizinischer Radioisotope.<br />
Einzigartige Infrastruktur – Labore und<br />
Rechencluster<br />
Ein wesentlicher Schwerpunkt von TUM.CNSI am<br />
FRM II liegt auf der angewandten Forschung, welche<br />
in verschiedenen Laboren durchgeführt wird.<br />
Insbesondere die Er<strong>for</strong>schung von monolithischen<br />
Uran-Molybdän-Brennstoffen (U-Mo) ist aktuell<br />
ein zentrales Forschungsthema, da nur diese die<br />
notwendige Urandichte besitzen, um den FRM II<br />
auf low enriched uranium (LEU) umzurüsten. Das<br />
Kernbrennstofflabor verfügt dazu über mehrere<br />
Gloveboxen, in denen offen mit Uran in verschiedensten<br />
Formen umgegangen werden kann. Die<br />
Forschungsarbeiten geschehen in enger Zusammenarbeit<br />
mit nationalen und internationalen<br />
Partnern und obwohl insbesondere durch die Umrüstung<br />
des FRM II motiviert, ergeben sich auch<br />
andere potentielle Einsatzszenarien, so z. B. für<br />
sogenannte Small Modular Reactors (SMRs). Weiterhin<br />
werden die experimentellen Kapazitäten<br />
von TUM.CNSI kontinuierlich ausgebaut. So wurde<br />
das Kernbrennstofflabor durch eine Verdopplung<br />
der Grundfläche deutlich ertüchtigt, zusätzlich<br />
wurden die analytischen Fähigkeiten unter anderem<br />
durch die Installation eines FIB-SEMs mit<br />
EDX- und EBSD-Detektoren signifikant verbessert.<br />
In Vorbereitung befindet sich derzeit ein Antrag,<br />
um die Genehmigung auf den Umgang mit Thorium<br />
zu erweitern, für verschiedene alternative<br />
Reaktorkonzepte als Brennstoff Anwendung finden<br />
kann.<br />
| Durch die Kompetenzen der beteiligten Institute deckt TUM.CNSI eine Vielzahl von kerntechnischen<br />
Themenkomplexen ab.<br />
Education and Training<br />
Technische Universität München – TUM Center <strong>for</strong> <strong>Nuclear</strong> Safety and Innovation (TUM.CNSI) ı Tobias Chemnitz, Christian Reiter
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
| Durch die Arbeit an neuen Brennstoffen im Rahmen der Umrüstung des FRM II können Studierende im Kernbrennstofflabor<br />
kerntechnische Forschung aus erster Hand erleben.<br />
© Bernhard Ludewig, FRM II / TUM<br />
ENERGY POLICY, EDUCATION ECONOMY AND TRAINING AND LAW 47<br />
Das zweite, zentrale Standbein ist die theoretische<br />
Entwicklung neuer Reaktormodelle, wie z. B. einen<br />
LEU-Kern für den FRM II. Hierbei kommen modernste<br />
Computerprogramme zur Anwendung,<br />
wie Serpent 2 für die Neutronik, Stromfaden und<br />
Computational Fluid Dynamics (CFD) Codes für die<br />
Thermo-Hydraulik sowie verschiedene Mechanik-<br />
Programme. Um die notwendigen Berechnungen<br />
anfertigen zu können und auch der Gruppengröße<br />
Rechnung zu tragen, stehen TUM.CNSI<br />
mehrere, eigene Computer-Cluster mit insgesamt<br />
2900 CPUs, sowie ein GPU-Cluster zur Verfügung.<br />
Auch hier werden die Kapazitäten beider Systeme<br />
aktuell deutlich ausgebaut.<br />
Die Umrüstung des FRM II, aber auch neue Reaktorkonzepte<br />
profitieren von einer Qualifizierung<br />
von CFD-Programmen für kerntechnische Anwendungen.<br />
Der Goldstandard dafür ist der<br />
Vergleich von theoretischen Berechnungen mit<br />
experimentellen Daten. Letztere sind für Hochleistungs-Forschungsreaktoren<br />
nur sehr spärlich<br />
verfügbar, weshalb sich derzeit ein zweites Labor<br />
im Aufbau befindet, welches dem dezidierten<br />
Zweck der Validierung von Rechenmethoden<br />
dient. In diesem Labor wird ein neuer hydraulischer<br />
Teststand aufgebaut, in dem Wärmeübergangsphänomene<br />
sowie Turbulenzmodelle unter<br />
Reaktorbedingungen untersucht werden können.<br />
Außerdem hat TUM.CNSI Zugriff auf das hydraulische<br />
Labor, den Forschungsreaktor und die heißen<br />
Zellen der McMaster Universität in Hamilton, Kanada,<br />
und kann so das experimentelle Portfolio<br />
abrunden.<br />
Lehre und Forschung als Garant<br />
für Expertise<br />
Wissens- und Kompetenzerhalt gelingt nur durch<br />
aktive Forschung und Ausbildung. Dazu leistet<br />
TUM.CNSI bzw. die einzelnen Partner seit Jahren<br />
einen signifikanten Beitrag an der TUM. Insbesondere<br />
die Vorlesungen, die von TUM.CNSI betreut<br />
werden, ziehen viele Studierende in die kerntechnische<br />
Forschung. Besondere Erfolgsgaranten sind<br />
die Vorlesungen Reaktorphysik I & II mit jeweils<br />
mehr als 50 Studierenden. Ergänzt werden beide<br />
Vorlesungen durch die weiteren Veranstaltungen<br />
„Strahlung und Strahlenschutz“, „Einführung in die<br />
Kernenergie“, „Grundlagen und thermohydraulische<br />
Analyse von Kraftwerken“ und „Grundlagen<br />
der Nukleartechnik“. Die vielfältigen Themenkomplexe,<br />
die im Rahmen der Umrüstung des FRM II<br />
bewältigt werden mussten und müssen, macht<br />
diese zu einem der erfolgreichsten Programme<br />
für die kerntechnische Ausbildung in Deutschland.<br />
Durch die Vergabe von Abschlussarbeiten<br />
kann TUM.CNSI außerdem Studierenden auch<br />
langfristige und vor allem anwendungsbezogene<br />
Education and Training<br />
Technische Universität München – TUM Center <strong>for</strong> <strong>Nuclear</strong> Safety and Innovation (TUM.CNSI) ı Tobias Chemnitz, Christian Reiter
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
ENERGY POLICY, EDUCATION ECONOMY AND TRAINING AND LAW 48<br />
ungleichmäßige Verteilung an die im kerntechnischen<br />
Bereich tätigen Akteure wirft die Frage auf,<br />
ob die hervorragenden Bedingungen, welche die<br />
Forschung und die Lehre an der TUM in der Vergangenheit<br />
auszeichneten, auch für die Zukunft<br />
bewahrt werden können. Diese Frage ist durchaus<br />
existentieller Natur und er<strong>for</strong>dert beherztes und<br />
zügiges Handeln aller Beteiligten. Aufgrund des<br />
vorhandenen Rückhalts sind wir jedoch optimistisch,<br />
dass sich eine nachhaltige Antwort finden<br />
wird und somit die kerntechnische Forschung und<br />
Entwicklung an der TUM nicht nur sichergestellt,<br />
sondern ausgebaut werden kann. Dank den am<br />
Garchinger Campus präsenten Einrichtungen besitzt<br />
die TUM somit alle Voraussetzungen, ihre<br />
herausragende Stellung in der kerntechnischen<br />
Ausbildung in Deutschland auch in Zukunft zu<br />
halten.<br />
KONTAKT<br />
Forschungs-Neutronenquelle<br />
Heinz Maier-Leibnitz (FRM II)<br />
Technische Universität München (TUM)<br />
Lichtenbergstr. 1, 85748 Garching<br />
www.frm2.tum.de<br />
| Beispielhaftes Ergebnis einer CFD-Rechnung für eine<br />
FRM II Brennstoffplatte.<br />
Ausbildungsmöglichkeiten bieten. Die Studierenden<br />
profitieren hier zusätzlich von der engen<br />
Zusammenarbeit mit Kanada und dessen aktivem,<br />
zivilen Nuklearprogramm. Durch den Austausch<br />
können Studierende z. B. an der Entwicklung und<br />
dem Bau eines SMR oder an Bestrahlungsexperimenten<br />
mitwirken.<br />
Zukünftige Heraus<strong>for</strong>derungen:<br />
Finanzierung und Verteilung der<br />
Fördermittel<br />
Der sogenannte „Atomausstieg“ stellt auch das<br />
TUM.CNSI vor große Heraus<strong>for</strong>derungen.<br />
Insbesondere die Verringerung der zur Verfügung<br />
stehenden Fördermittel sowie deren<br />
Dr. rer. nat. Tobias Chemnitz<br />
Tobias.Chemnitz@frm2.tum.de<br />
Dr. rer. nat. Christian Reiter<br />
Christian.Reiter@frm2.tum.de<br />
| Technische Universität München (TUM) – Forschungs-Neutronenquelle<br />
Heinz Maier-Leibnitz (FRM II).<br />
© Astrid Eckert, TUM<br />
Education and Training<br />
Technische Universität München – TUM Center <strong>for</strong> <strong>Nuclear</strong> Safety and Innovation (TUM.CNSI) ı Tobias Chemnitz, Christian Reiter
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
Karlsruher Institut für<br />
Technologie (KIT)<br />
Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT)<br />
ist „Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft“.<br />
Als einzige deutsche<br />
Exzellenzuniversität mit nationaler Groß<strong>for</strong>schung<br />
bieten wir unseren Studierenden, Forschenden<br />
und Beschäftigten einmalige Lern-, Lehr- und Arbeitsbedingungen.<br />
Die Wurzeln der universitären<br />
Bildungsstätte reichen bis ins Jahr 1825 zurück.<br />
Seine heutige Form erhielt das KIT, indem sich die<br />
Universität Karlsruhe (TH) und das Forschungszentrum<br />
Karlsruhe 2009 zusammenschlossen.<br />
Das Programm Nukleare Entsorgung, Sicherheit<br />
und Strahlen<strong>for</strong>schung (NUSAFE) am KIT ist<br />
Teil im Forschungsbereich Energie der Helmholtz-<br />
Gemeinschaft und steht für die gesellschaftliche<br />
Vorsorge<strong>for</strong>schung zur nuklearen Sicherheit.<br />
Die Sicherheitsbewertung von Kernreaktoren<br />
sowie der Schutz der Bevölkerung und<br />
unserer Umwelt vor Strahlenexpositionen sind<br />
strategische, langfristige Ziele der NUSAFE-Vorsorge<strong>for</strong>schung<br />
– auch nach Beendigung der<br />
nuklearen Stromerzeugung in Deutschland. <strong>International</strong><br />
hat die Kernenergie eine langfristige<br />
Perspektive: Länder wie China, Südkorea, Japan<br />
und die USA bauen neue Kernkraftwerke, und<br />
auch europäische Nachbarn wie z. B. Frankreich<br />
und Finnland setzen weiterhin auf Kernenergie.<br />
der absehbaren verlängerten Zwischenlagerung<br />
ausgedienter Brennelemente? Wie ist die Kernmaterialüberwachung<br />
zu organisieren?<br />
Um diese Fragen zu beantworten, betreiben wir<br />
einzigartige Laborinfrastrukturen und schaffen<br />
damit die notwendigen Voraussetzungen für<br />
exzellente nukleare Sicherheits<strong>for</strong>schung. Wir<br />
widmen uns außerdem intensiv der Ausbildung<br />
und Förderung des wissenschaftlichen und<br />
technischen Nachwuchses, der bei Behörden, in<br />
der Industrie und der Wissenschaft dringend benötigt<br />
wird.<br />
ENERGY POLICY, EDUCATION ECONOMY AND TRAINING AND LAW 49<br />
Radioaktive Abfälle verantwortungsbewusst zu<br />
entsorgen und in einem Endlager sicher zu verwahren,<br />
bleibt eine Heraus<strong>for</strong>derung für sehr<br />
lange Zeit. Die Sicherheit eines Endlagersystems<br />
muss nach gesetzlicher Vorgabe für einen<br />
Zeitraum von einer Million Jahre nachgewiesen<br />
werden. Das Programm NUSAFE betreibt Forschung<br />
zur Endlagerung radioaktiver Abfälle.<br />
Ein Schwerpunkt liegt dabei auf grundlegenden<br />
Prozessen, die einen relevanten Einfluss auf die<br />
Langzeitsicherheit haben. Wir er<strong>for</strong>schen, wie sich<br />
radioaktiver Abfall im Laufe der Zeit verändert und<br />
verhält und wie sogenannte Radionuklide – also<br />
radioaktive Elemente – sicher in Endlagern verwahrt<br />
werden können. Außerdem untersuchen<br />
wir, welche Schritte weiterhin er<strong>for</strong>derlich sind:<br />
Was muss beim Rückbau kerntechnischer Anlagen<br />
beachtet werden? Wie sollten problematische<br />
(Sonder-)Abfallarten behandelt werden? Welche<br />
zusätzlichen Fragestellungen ergeben sich aus<br />
| COSMOS-H Thermo-Hydraulik Versuchsanlage.<br />
Im Folgenden werden die Vorlesungen, die am<br />
KIT in dem Bereich der nuklearen Sicherheits<strong>for</strong>schung<br />
angeboten werden, kurz dargestellt.<br />
Das Institut für Neutronenphysik und Reaktortechnik<br />
(INR) versteht sich als internationales<br />
Institut der Energie<strong>for</strong>schung. Innovation und<br />
Forschung umfassen Fusionstechnologie, Solarthermie,<br />
thermische Speicher, thermoelektrische<br />
Wandlungskonzepte und sicherheitstechnische<br />
Analysen kerntechnischer Anlagen vom Beschleuniger<br />
bis zu Kraftwerken.<br />
Education and Training<br />
Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ı Walter Tromm, Sascha Gentes
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ENERGY POLICY, EDUCATION ECONOMY AND TRAINING AND LAW 50<br />
In dem Bereich Kerntechnik werden vom INR die<br />
folgenden Vorlesungen angeboten:<br />
Kernkraftwerkstechnik:<br />
Ausbildungsziel der Lehrveranstaltung ist die<br />
Qualifizierung für eine <strong>for</strong>schungsnahe berufliche<br />
Tätigkeit in der Kernkraftwerkstechnik.<br />
Die Teilnehmenden können die wichtigsten<br />
Komponenten von Kernkraftwerken und deren<br />
Funktion beschreiben. Sie können eigenständig<br />
und gestalterisch Kernkraftwerke auslegen oder<br />
modifizieren. Sie eignen sich ein breites Wissen<br />
in dieser Kraftwerkstechnik an, einschließlich<br />
spezifischer Kenntnisse in der Kernauslegung,<br />
in der Auslegung des Primär- und Sekundärsystems<br />
und in der nuklearen Sicherheitstechnik.<br />
Auf Grundlage der erlernten Thermodynamik<br />
und Neutronenphysik können sie das spezifische<br />
Verhalten der Kernkraftwerkskomponenten beschreiben<br />
und analysieren, sowie Risiken selbst<br />
beurteilen. Teilnehmende der Vorlesung verfügen<br />
über ein geschultes analytisches Denken und<br />
Urteilsvermögen in der Konstruktion von Kernkraftwerken.<br />
In einem weiteren Vorlesungsmodul werden innovative<br />
nukleare Systeme behandelt:<br />
Ziel der Vorlesung ist die Vermittlung des aktuellen<br />
Standes und der Entwicklungsrichtungen<br />
der Kerntechnik. Nukleare Systeme, die aus der<br />
heutigen Sicht gute Perspektiven haben, werden<br />
vorgestellt. Die wesentlichen Eigenschaften<br />
solcher Systeme und dazugehörenden Heraus<strong>for</strong>derungen<br />
werden dargestellt und diskutiert.<br />
Dazu gehören der aktuelle Stand und die Entwicklungstendenzen<br />
in der Kerntechnik sowie<br />
<strong>for</strong>tgeschrittene Konzepte des wassergekühlten<br />
Reaktors, schneller Reaktoren, die auch als Transmutationssysteme<br />
zur Behandlung nuklearer<br />
Abfälle eingesetzt werden können, und Entwicklungsrichtungen<br />
des gasgekühlten Reaktors,<br />
sowie Fusionssysteme.<br />
In der Vorlesung Energiesysteme II werden die<br />
Grundlagen der Reaktorphysik vermittelt:<br />
Die Studierenden erwerben umfassende Kenntnisse<br />
in der Physik von Kernspaltungsreaktoren:<br />
Neutronenfluss, Wirkungsquerschnitte, Spaltung,<br />
Brutprozesse, Kettenreaktion, kritische Größe<br />
eines Kernsystems, Moderation, Reaktordynamik,<br />
Transport- und Diffusionsgleichung für die Neutronenflussverteilung,<br />
Leistungsdichteverteilungen<br />
im Reaktor, Ein-, Zwei- und Mehrgruppen-Theorien<br />
für das Neutronenspektrum. Basierend auf<br />
den reaktorphysikalischen Kenntnissen können<br />
die Studierenden die Fähigkeiten verschiedener<br />
Reaktortypen – Leicht- und Schwerwasserreaktoren,<br />
Kernkraftwerke der Generation IV – sowie<br />
ihre grundlegenden nuklearen Sicherheitskonzepte<br />
verstehen, vergleichen und bewerten. Die<br />
Studierenden sind für die Weiterbildung im Bereich<br />
Kernenergie und Sicherheitstechnik sowie<br />
für (auch <strong>for</strong>schungsnahe) berufliche Tätigkeiten<br />
in der Nuklearindustrie qualifiziert.<br />
In einer weiteren Vorlesung werden die Grundlagen<br />
der Reaktorsicherheit vermittelt:<br />
Die Vorlesung diskutiert die Grundprinzipien<br />
und Konzepte der Reaktorsicherheit einschließlich<br />
der Methoden zur Sicherheitsbewertung und<br />
schwerer, Kern zerstörender Reaktorunfälle. Ziel<br />
der Vorlesung ist es, die Grundlagen der Reaktorsicherheit<br />
zu vermitteln, welche zur Beurteilung<br />
der Sicherheit kerntechnischer Anlagen und der<br />
Bewertung von Reaktorunfällen wie Tschernobyl<br />
und Fukushima benötigt werden. Ausgehend von<br />
der Erläuterung der Hauptsysteme eines Kernkraftwerks<br />
werden die Sicherheitssysteme und<br />
-konzepte verschiedener Reaktortypen diskutiert.<br />
Die Entstehung und das Fortschreiten von<br />
Unfällen und Störfällen sowie die Methoden zu<br />
deren Bewertung werden ausführlich dargelegt.<br />
Anschließend wird der Fukushima-Unfall analysiert,<br />
dessen radiologischen Folgen dargestellt<br />
und die Gegenmaßnahmen zur Minimierung<br />
der Konsequenzen solcher Unfälle andiskutiert.<br />
Abschließend werden neue Entwicklungen der<br />
Sicherheit von Reaktoren der Dritten und Vierten<br />
Generation vorgestellt.<br />
Das Institut für Angewandte Materialien (IAM)<br />
verfolgt einen interdisziplinären Ansatz in der<br />
Material<strong>for</strong>schung, der die Vielfalt materialwissenschaftlicher<br />
Fragestellungen über mehrere<br />
Skalen abdeckt. Mit nationalen und internationalen<br />
Partnern er<strong>for</strong>scht es Werkstoffe von ihrem<br />
atomaren Aufbau bis zu ihrer Funktion im Produkt<br />
und schlägt dabei die Brücke von der Materialentwicklung<br />
über die Prozesstechnologie bis zur<br />
Systemintegration. Das IAM verfügt über breite<br />
methodische Kompetenzen in den Bereichen Herstellung<br />
und Verarbeitung, Charakterisierung und<br />
Simulation.<br />
Das IAM gestaltet die Lehre im Studiengang Materialwissenschaft<br />
und Werkstofftechnik und trägt<br />
die materialwissenschaftliche Ausbildung für<br />
weitere Studiengänge der Ingenieur- und Naturwissenschaften.<br />
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Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ı Walter Tromm, Sascha Gentes
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
Am Institut für Angewandte Materialien – Angewandte<br />
Werkstoffphysik (IAM-AWP) wird<br />
folgende Vorlesung angeboten, die auch einen<br />
starken Bezug zur nuklearen Sicherheit hat.<br />
Werkstoffeinsatz bei hohen Temperaturen:<br />
Der Lehrinhalt umfasst die vielfältigen Anwendungsgebiete<br />
und An<strong>for</strong>derungsprofile für<br />
Hochtemperaturwerkstoffe. Dazu werden die<br />
Grundlagen der Hochtemperaturoxidation und<br />
die Einflüsse der Gasatmosphäre auf das Hochtemperaturkorrosionsverhalten<br />
vermittelt, sowie<br />
Schutzmaßnahmen gegen diese Korrosions<strong>for</strong>m<br />
aufgezeigt. Darüber hinaus werden auch<br />
komplexe mechanische Belastungen bei hohen<br />
Temperaturen erläutert. Des Weiteren werden<br />
die verschiedenen Hochtemperaturwerkstoffe<br />
behandelt: Stähle, Ni-Basislegierungen, Co-Basislegierungen,<br />
ODS-Legierungen, Refraktäre<br />
Legierungen sowie Keramiken und Verbundwerkstoffe.<br />
Am Institute <strong>for</strong> Applied Materials – Mechanics<br />
of Materials and Interfaces (IAM-MMI)<br />
wird in einer weiteren Vorlesung, u. a. auch für die<br />
kerntechnische Ausbildung, die Auslegung hochbelasteter<br />
Bauteile behandelt.<br />
Der Inhalt der Vorlesung umfasst Auslegungsvorschriften,<br />
klassische Stoffgesetze der<br />
Elasto-Plastizität und des Kriechens sowie Lebensdauerregeln<br />
für Kriechen, Ermüdung<br />
und Kriech-Ermüdungs-Wechselwirkung. Die<br />
Studierenden können die Regeln gängiger Auslegungsvorschriften<br />
für die Beurteilung von<br />
Bauteilen, die im Betrieb hohen thermo-mechanischen<br />
und/oder Bestrahlungsbelastungen<br />
unterliegen, benennen. Sie verstehen, welche<br />
Stoffgesetze beim Stand der Technik sowie Stand<br />
der Forschung zur Abschätzung der unter diesen<br />
Belastungen auftretenden Ver<strong>for</strong>mung und<br />
Schädigung und zur Vorhersage der zu erwartenden<br />
Lebensdauer verwendet werden. Sie haben<br />
einen Einblick über den Einsatz dieser in der Regel<br />
nichtlinearen Stoffgesetze in Finite-Elemente-Programmen<br />
und können die wesentlichen Punkte,<br />
die dabei zu beachten sind, beurteilen.<br />
Das Institut für Nukleare Entsorgung (INE) befasst<br />
sich vorwiegend mit der Sicherheits<strong>for</strong>schung<br />
zur Endlagerung radioaktiver Abfallstoffe mit den<br />
Schwerpunkten Endlagersysteme/-komponenten,<br />
Radiochemie und Speziation von Radionukliden.<br />
Des Weiteren sind Arbeiten zum sicheren Rückbau<br />
kerntechnischer Anlagen sowie zur Geoenergie<br />
Teil des Forschungsportfolios.<br />
Für Studierende wurde ein Radiochemie-Modul<br />
eingerichtet, das aus Grundlagen- und weiterführenden<br />
Vorlesungen zur Radiochemie sowie<br />
Laborkursen besteht. Der Fokus der Vorlesung<br />
"Radiochemie I" und "Radiochemie II" liegt auf der<br />
grundlegenden und angewandten Radiochemie.<br />
Ziel der Vorlesung ist es, die Grundlagen der Radiound<br />
Kernchemie zu vermitteln, um die Kenntnisse<br />
zur Radioaktivität hinsichtlich der zugehörigen<br />
Theorie und der Anwendung zu vertiefen.<br />
Ergänzt wird diese Grundlagenvorlesung durch<br />
die Vorlesung zur "Chemie der f-Elemente" sowie<br />
durch die Vorlesung "Instrumental Analytics".<br />
Ergänzend zu den Vorlesungen wird für die Studierenden<br />
im Radiochemie-Modul sowie für die<br />
Studierenden der Universität Heidelberg eine<br />
gemeinsames dreiwöchiges Blockpraktikum im<br />
Fortbildungszentrum Technik und Umwelt sowie<br />
im Kontrollbereich des INE angeboten.<br />
Darüber hinaus wird vom INE, gemeinsam mit<br />
dem INR, die Vorlesung: Ausgewählte Probleme<br />
der angewandten Reaktorphysik mit Übungen<br />
angeboten.<br />
Die folgenden Themen werden dabei für die Studierenden<br />
behandelt: Radioaktive Umwandlungen<br />
der Atomkerne, Kernprozesse, Kernspaltung<br />
und verzögerte Neutronen, Grundbegriffe der<br />
Wirkungsquerschnitt, Grundprinzipien der Kettenreaktion,<br />
Statische Theorie des monoenergetischen<br />
Reaktors, Einführung in die Reaktorkinetik sowie<br />
ein Kernphysikalisches Praktikum.<br />
Die Abteilung „Rückbau konventioneller und<br />
kerntechnischer Bauwerke“ des Instituts für<br />
Technologie und Management im Baubetrieb<br />
(TMB) befasst sich mit der Forschung und Entwicklung<br />
von Rückbautechnologien.<br />
Forschungsschwerpunkt des Instituts bildet das gesamte<br />
maschinentechnische Gebiet im Bauwesen<br />
und Baubetrieb. Durch die zusätzliche Berücksichtigung<br />
der Besonderheiten in der Kerntechnik wird<br />
das Know-How aller Sparten gebündelt. Wissenschaftliche<br />
Tiefe und Nähe zur Praxis geben sich<br />
hier synergetisch und komplementär die Hand. Für<br />
die interessierten Studierenden werden speziell in<br />
diesem Fachgebiet folgende Vorlesungsmodule<br />
angeboten:<br />
p Umwelt- und recyclinggerechte Demontage<br />
von Bauwerken. Mittels dieser Vorlesung sollen<br />
Studierende lernen Abbruch-, Demontage- und<br />
ENERGY POLICY, EDUCATION ECONOMY AND TRAINING AND LAW 51<br />
Education and Training<br />
Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ı Walter Tromm, Sascha Gentes
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ENERGY POLICY, EDUCATION ECONOMY AND TRAINING AND LAW 52<br />
| Besuche der KTE – Kerntechnische Entsorgung Karlsruhe GmbH im Rahmen der Vorlesung „Rückbau kerntechnischer Anlagen“<br />
Entsorgungsarbeiten für bauliche und technische<br />
Anlagen selbständig zu planen, zu beantragen<br />
und vor Ort umzusetzen. Hierzu gehören<br />
die rechtlichen, technischen und praktischen<br />
Aspekte, angefangen von den Kriterien der<br />
passenden Verfahren über einen Abbruch- und<br />
Genehmigungsantrag, bis hin zu den entsprechenden<br />
Recycling- und Entsorgungsmöglichkeiten.<br />
Auch wird ein Überblick über die möglichen<br />
Schadstoffe (z. B. Asbest, Mineralfasern)<br />
und den entsprechenden Schutzvorkehrungen<br />
gegeben.<br />
p Rückbau kerntechnischer Anlagen. Mittels<br />
dieser Vorlesung sollen Studierende u. a. in die<br />
Lage versetzt werden, Rückbaukonzepte zu<br />
erarbeiten und die benötigten Techniken und<br />
Verfahren zu wählen und einzusetzen, die<br />
Grundlagen der Genehmigung umzusetzen<br />
und entsprechende Anträge zu verfassen,<br />
An<strong>for</strong>derungen der entsprechenden Gesetze zu<br />
berücksichtigen und umzusetzen.<br />
Abschließend sei angemerkt, dass sich am KIT für<br />
die Studierenden im Rahmen von Forschungsarbeiten<br />
an den verschiedenen Instituten, die im<br />
Programm NUSAFE tätig sind, zahlreiche Möglichkeiten<br />
der Anfertigung einer Bachelor- oder<br />
Masterarbeit ergeben. Darüber hinaus werden<br />
auch Promotionsarbeiten an den Instituten angeboten.<br />
KONTAKT<br />
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)<br />
https://www.kit.edu<br />
https://twitter.com/KITKarlsruhe<br />
https://www.facebook.com/KIT.Karlsruhe.Official<br />
https://www.youtube.com/user/KITVideoclips<br />
Programm Nukleare Entsorgung, Sicherheit und Strahlen<strong>for</strong>schung<br />
(NUSAFE)<br />
https://www.nusafe.kit.edu/<br />
Institut für Neutronenphysik und Reaktortechnik (INR)<br />
https://www.inr.kit.edu/<br />
Institut für Angewandte Materialien (IAM)<br />
https://www.iam.kit.edu/<br />
Institut für Nukleare Entsorgung (INE)<br />
https://www.ine.kit.edu/<br />
Institut für Technologie und Management im Baubetrieb (TMB)<br />
https://www.tmb.kit.edu/<br />
Autoren<br />
Dr. Walter Tromm<br />
Programmsprecher NUSAFE;<br />
Sicherheits<strong>for</strong>schung für Kernreaktoren,<br />
Notfallschutzmaßnahmen<br />
walter.tromm@kit.edu<br />
Prof. Dr. Sascha Gentes<br />
Institut für Technologie und<br />
Management im Baubetrieb (TMB)<br />
Leiter der Abteilung Rückbau<br />
sascha.gentes@kit.edu<br />
Education and Training<br />
Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ı Walter Tromm, Sascha Gentes
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
Best Practice Guidelines and Lessons<br />
Learned from Robotic System<br />
Deployment in <strong>Nuclear</strong> Decommissioning<br />
Howard Chapman, John-Patrick Richardson, Colin Fairbairn, Antonio Di Buono, Andrew Gale<br />
Introduction<br />
The UK National <strong>Nuclear</strong> Laboratory (UK NNL) has a proven track record of delivering the deployment of<br />
robotic solutions <strong>for</strong> nuclear decommissioning at the Sellafield site with a description of the typical challenges<br />
faced and strategies being adopted outlined in [1] .<br />
This paper provides a high level overview of robotic deployment at the Sellafield site and provides an appreciation<br />
of the generic challenges and constraints commonly encountered during nuclear decommissioning.<br />
The findings from a review of a number of mid Technology Readiness Level (TRL) robotic projects undertaken<br />
by UK NNL are examined and lessons learned are identified to provide a common reference framework<br />
allowing success <strong>for</strong> future robotic projects to be optimised. TRLs represent a scale of technology readiness<br />
from 1 (blue sky research) to 9 (industrial application) established by the National Aeronautics and Space<br />
Administration (NASA). Mid-TRL stages are 4-6, including the development and testing at small to large<br />
scale, prior to ‘inactive commissioning’ (i.e., Stage 7) [2] .<br />
The aim is to identify common challenges to the deployment of robotic technologies <strong>for</strong> nuclear decommissioning<br />
in the UK. This approach will help to build an improved methodology and identify best practice<br />
guidelines <strong>for</strong> stakeholders; whilst assisting innovation in this area. This will help to accelerate decommissioning<br />
programmes and strategic objectives. This will also help to build stakeholder confidence in robotic<br />
solutions and help to convince end users to adopt these technologies to reduce overall project costs.<br />
DECOMMISSIONING AND WASTE MANAGEMENT 53<br />
Regulation and Legal Requirements<br />
As detailed in [3] ;<br />
“The civil nuclear industry worldwide is regulated to<br />
ensure that activities related to nuclear energy and<br />
ionising radiation are conducted in a manner that<br />
adequately protects people, property and the environment<br />
[4] .<br />
In the UK, the Office <strong>for</strong> <strong>Nuclear</strong> Regulation (ONR) is<br />
the agency responsible <strong>for</strong> the licensing and regulation<br />
of nuclear installations. The legal framework <strong>for</strong><br />
the UK nuclear industry is based around the Health<br />
and Safety at Work Act 1974 (HSWA) [5] , the Energy<br />
Act 2016 [6] , and the <strong>Nuclear</strong> Installations Act 2016<br />
(NIA) [7] .<br />
A fundamental requirement cited in the legislation<br />
is that risks be reduced to “As Low As Reasonably<br />
Practicable” (ALARP). This principle provides a requirement<br />
to implement proportionate measures in<br />
order to reduce risk, where doing so is reasonable. The<br />
ALARP principle is applied by adhering to established<br />
good practice, or in cases where this is unavailable,<br />
it is applied to demonstrate that measures have been<br />
implemented up to the point where the cost of additional<br />
risk reduction is disproportionate to the benefit<br />
gained [8] ”.<br />
The ONR uses a list of Safety Assessment Principles<br />
(SAPs) [9] and supporting Technical Assessment<br />
Guides (TAGs) to guide regulatory decision making<br />
in the process of granting permissions.<br />
The European Union (EU) <strong>for</strong>mulates general safety<br />
objectives via a large number of directives, (circa<br />
30 active directives currently available). However,<br />
only a small selection of directives are relevant to<br />
a typical machine builder and the safety objectives<br />
are more precisely specified through standards [10] .<br />
The standards have no direct legal status on their<br />
own until they are referenced in domestic laws and<br />
regulations. In practice manufacturers of robotic<br />
Commercial off the Shelf (COTS) equipment use the<br />
“Con<strong>for</strong>mité Européenne” (CE) mark to document<br />
the fact that all relevant European directives have<br />
been applied, and appropriate con<strong>for</strong>mity to all assessment<br />
procedures have been achieved. The UK<br />
Decommissioning and Waste Management<br />
Best Practice Guidelines and Lessons Learned from Robotic System Deployment in <strong>Nuclear</strong> Decommissioning ı Howard Chapman, John-Patrick Richardson, Colin Fairbairn, Antonio Di Buono, Andrew Gale
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
DECOMMISSIONING AND WASTE MANAGEMENT 54<br />
Con<strong>for</strong>mity Assessed (UKCA) is the new con<strong>for</strong>mity<br />
marking to be used in the UK in place of the CE mark<br />
following Brexit [11] .<br />
Based on the European Parliament and Council of<br />
the European Union Machinery Directive 2006/42/<br />
EC [12] , a robot system, which can be considered<br />
to be general machinery <strong>for</strong> use at a site of decommissioning,<br />
falls within the scope of the Machinery<br />
Directive 2006/42/EC and the Supply of Machinery<br />
(Safety) Regulations 2008 [11] . <strong>Nuclear</strong> sites are<br />
not exempt with respect to these regulations. This<br />
means that robot systems require CE marking, or<br />
UKCA equivalent. The person placing the machine<br />
into a specific application is known as the ‘integrator’<br />
and must per<strong>for</strong>m the con<strong>for</strong>mity assessment<br />
procedure to conclude a ‘Declaration of Con<strong>for</strong>mity’<br />
[10] , or UKCA equivalent. The UKCA marking is<br />
a supplier statement that the machinery is regarded<br />
by the supplier to be safe <strong>for</strong> use, <strong>for</strong> the purpose <strong>for</strong><br />
which it is supplied; providing to the end-user a clear<br />
indication to that effect. Compliance with the regulations<br />
requires only that a supplier or manufacturer<br />
demonstrates equipment to be safe to use and to<br />
satisfy that supplier’s quality assurance procedures.<br />
It should, there<strong>for</strong>e, not be regarded as additional<br />
work or optional. It should be considered part of the<br />
actual product or equipment.<br />
Requirements <strong>for</strong> Robotic Deployment at<br />
Sellafield Site<br />
In the UK, many nuclear installations including<br />
those at Sellafield site were not constructed with<br />
decommissioning in mind. This presents a number<br />
of constraints <strong>for</strong> robotic decommissioning deployment,<br />
but also an opportunity to demonstrate their<br />
effectiveness. Existing normal operations require<br />
personnel to undertake tasks manipulating plant<br />
and equipment, deploying tooling in close proximity<br />
to contaminated and other hazardous radioactive<br />
material [13] . By undertaking these tasks, personnel<br />
are often in close proximity to contaminated<br />
material with the potential <strong>for</strong> radiological dose uptake,<br />
through direct exposure, internal dosing and<br />
wounds.<br />
It is recognised that the possible future deployment<br />
of robot systems, offering a higher degree of Human<br />
Robot Collaboration (HRC), could help Sellafield<br />
site achieve the <strong>Nuclear</strong> Decommissioning Authority’s<br />
(NDA) Grand Challenge aspiration to provide a<br />
50 % reduction in decommissioning activities carried<br />
out by humans in hazardous environments by 2030,<br />
in order to reduce risk and improve productivity<br />
through more efficient use of robotic equipment [14] .<br />
Successful delivery of the Sellafield site mission relies<br />
on the availability of a sustainable waste management<br />
infrastructure. The future deployment of robot<br />
systems, in particular those offering a higher degree<br />
of HRC, will reduce risk; and improve productivity<br />
through more efficient use of robotic equipment.<br />
As detailed in [15] , a selection of key areas where<br />
technology development opportunities exist are:<br />
p “Waste processing using autonomous size reduction<br />
offering 24 hours, 7 days per week sort<br />
and segregation with robotic enhanced waste<br />
packing to increase productivity and reduce<br />
waste packages and volume of storage. This<br />
would comply with the waste hierarchy [16] and<br />
would support demonstration of the use of Best<br />
Available Techniques (BAT).<br />
p Restricted access decommissioning with robotic<br />
capability <strong>for</strong> high hazard environments such<br />
as high radiation, <strong>for</strong> example remote devices<br />
<strong>for</strong> small tasks and fully autonomous glove box<br />
operations.<br />
p Assisted manual operations, using robotically<br />
enhanced operatives utilising wearable technology,<br />
robotic assistants to carry out the hazardous<br />
part of the task and technologies that<br />
can enable an operator to reach the work face<br />
quickly, <strong>for</strong> example robotic scaffolding.<br />
p Reduction of deployment risk, using standardised<br />
equipment with a single set of spares that<br />
can be configured in a short space of time. The<br />
use of modular systems that can be adapted to<br />
suit on a task-by-task basis.<br />
p Interim state enhancements using robotic techniques<br />
<strong>for</strong> autonomous management of facilities,<br />
that can maintain their own systems and<br />
manage nuclear waste without operator intervention<br />
over the lifetime of the stores.<br />
p Increasing pond productivity, using techniques<br />
that can operate in low visibility to retrieve<br />
material from ponds such as heavy items,<br />
without disturbing visibility or residual sludge.<br />
This includes tetherless underwater systems<br />
inspection in areas that are difficult to access<br />
[17] .<br />
p Enabling technologies, to allow complete<br />
characterisation coverage of facilities, using<br />
the benefits of Virtual Reality (VR) to enhance<br />
operations and autonomous sampling.”<br />
Typical Challenges Associated with<br />
Robotic Deployment<br />
Environmental conditions commonly encountered<br />
at Sellafield site are often referred to as the ‘Four<br />
Ds’ [18] , i.e.: Dirty, Dark, Dangerous, and Dull (i.e.,<br />
the latter referring to repetitive tasks). Common<br />
main constraints at Sellafield associated with robotic<br />
Decommissioning and Waste Management<br />
Best Practice Guidelines and Lessons Learned from Robotic System Deployment in <strong>Nuclear</strong> Decommissioning ı Howard Chapman, John-Patrick Richardson, Colin Fairbairn, Antonio Di Buono, Andrew Gale
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system deployments have been identified in the list<br />
below, which includes:<br />
p Poor visibility.<br />
p Unknown design and modifications.<br />
p Condition/age of internals and externals.<br />
p Degradation/decay/change of state of materials.<br />
p Ergonomics/spatial arrangement of the environment.<br />
p Dose levels/criticality/hydrogen generation.<br />
Other common concerns about the application of robotic<br />
system deployments at Sellafield are captured<br />
in the list below, which includes:<br />
p How to prevent injury to the operator?<br />
p How to prevent damage to Structures, Systems,<br />
Components (SSCs) and other robotic equipment<br />
which might be deployed in the same environment?<br />
p How to prevent dropped packages?<br />
p How to prevent rogue operations?<br />
p What is the most appropriate emergency stop<br />
mechanism?<br />
p How to undertake recovery/maintain safe operations?<br />
p How to provide cyber-secure robotic systems by<br />
design?<br />
The challenge associated with robotic system deployment<br />
at Sellafield site is to ensure that the NDA<br />
and all UK nuclear facilities, can effectively exploit<br />
the technology to the full extent; in order to improve<br />
significantly the existing technical baseline <strong>for</strong> decommissioning<br />
the UK’s civil nuclear legacy (e.g.<br />
safer, faster, cheaper and with less environmental<br />
impact).<br />
Previous robotic deployments have been developed<br />
without site-wide co-ordination or standardisation;<br />
and consequently, Sellafield site uses a range of<br />
robots that run on different operating systems, in<br />
various programming languages. This has resulted in<br />
numerous bespoke operating plat<strong>for</strong>ms with associated<br />
costs and reductions in efficiency and flexibility.<br />
In most other industries each robot works in isolation<br />
so that there is no need to standardise. A Game<br />
Changers innovation event was, there<strong>for</strong>e, organised<br />
by UK NNL in 2020 to try to resolve how different<br />
technologies can communicate with each other in<br />
one language.<br />
Current robotic deployments at Sellafield site have so<br />
far been limited to lower levels of autonomy, gauged<br />
to be in the range of between 0 to 1 (Figure 1). One<br />
of the main challenges to exploiting the potential offered<br />
by higher level autonomy is lack of stakeholder<br />
confidence in the reliability of robotic safety systems.<br />
This matter needs careful consideration in the promulgation<br />
of the Safety Case and is in part due to a<br />
historic lack of understanding and knowledge. It is<br />
argued that understanding the nature of the conditions<br />
and constraints faced at Sellafield will help to<br />
develop a range of possible future candidate safety<br />
measures <strong>for</strong> inclusion in a Hazard Management<br />
Strategy (HMS), which is proportional to hazard<br />
severity, enabling the risk to be reduced to ALARP.<br />
Common Challenges Encountered in<br />
Robotic System Deployment<br />
Innovation and the application of scientific discovery<br />
into useable technology involves the conversion<br />
DECOMMISSIONING AND WASTE MANAGEMENT 55<br />
ROBOT – AUTONOMY CATEGORISATION – UNSTRUCTURED ENVIRONMENT<br />
| Fig. 1<br />
Autonomous Robot System Levels.<br />
Decommissioning and Waste Management<br />
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DECOMMISSIONING AND WASTE MANAGEMENT 56<br />
or translation of science or an engineering solution<br />
to a problem. Mid-range TRL projects are by their<br />
very nature inherently higher risk projects as they<br />
are ‘First of A Kind’ (FOAK) and the route to the final<br />
solution cannot be determined accurately at project<br />
inception. Typical key risks include:<br />
p Scope, programme, cost and per<strong>for</strong>mance uncertainties,<br />
which must be managed effectively;<br />
p The ability to demonstrate the nuclear safety case<br />
becomes a requirement as technology develops;<br />
p Trials and testing of equipment in support of verification<br />
and validation claims leading to UKCA<br />
marking;<br />
p Potential commercial exposure requires that an<br />
appropriate commercial model be adopted from<br />
the start, particularly with respect to Intellectual<br />
Property (IP) management and partnership with<br />
other organisations; and<br />
p There are reputational risks associated with these<br />
types of projects, given that they are often partially<br />
funded by UK Government investment vehicles.<br />
Some of the typical challenges in technology development<br />
through to final UKCA marking and<br />
deployment are represented in Figure 2 below.<br />
Common challenges which can lead to delays in<br />
the development of a project, eventually resulting<br />
in a scenario where a project may require a break<br />
and a further procurement exercise to be undertaken,<br />
alongside consideration of cultural risks. Plant<br />
owners normally align their perspective with safety<br />
arguments and are risk averse. They do not like the<br />
idea of change, tending to favour how things have always<br />
been done. This can be paradoxical, as change<br />
is usually resisted even when there have been demonstrable<br />
advances in materials, technologies and<br />
processes developed to be safer and more efficient.<br />
This cultural default position can be characterised by<br />
the question: ‘why change?’<br />
Resistance from middle managers can be based also<br />
on a fear of non-compliance. However, Regulators<br />
are increasingly pushing <strong>for</strong> innovation and change,<br />
and senior managers aspire to ‘succeed’. In reality<br />
operators do look <strong>for</strong> change, but it is down to those<br />
who sign off on the design and technology to be<br />
implemented. Arguably these are the ‘gatekeepers’<br />
preventing innovation. For change in the prevailing<br />
culture to occur there is a need <strong>for</strong> a ‘new generation<br />
mindset’. We can look to other highly regulated<br />
industries to see how technology, advancements, innovation<br />
and breaking the norm might be possible.<br />
The culture of an organisation can be understood as<br />
having three levels. The top level is defined as the<br />
tangible level, demonstrated through artifacts. The<br />
culture of the nuclear sector is characterised visibly<br />
through things such as its physical environment, nature<br />
of security, spoken and written language and<br />
observable behaviours. This is what most people are<br />
referring to when they talk about an organisation’s<br />
culture. When change is discussed, this visible level<br />
is what is in people’s minds. However, underpinning<br />
this visible level are two deeper, invisible levels: the<br />
values level and the basic assumptions level. Basic<br />
assumptions are completely invisible and are always<br />
very slow to change in any organisation or industry<br />
culture. Equally slow to change would be values.<br />
Values are observable through, <strong>for</strong> example, the way<br />
things are done, the way procedures and rules are<br />
prosecuted. Superficial changes at the level of artifacts<br />
will not have a significant and lasting impact,<br />
unless underpinned by changes in values [Reference<br />
19]. Language and terminology, visible cultural<br />
characteristics, are key <strong>for</strong> successful integration. Arguably,<br />
it is important to be careful with language.<br />
Why use the word robot if the technology is actually<br />
an advancement or an upgrade?<br />
Currently, physical mechanical hard stops are positioned<br />
to limit robot movement as a safety feature<br />
| Fig. 2<br />
Typical Challenges During Technology Development.<br />
Decommissioning and Waste Management<br />
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within the nuclear industry, whereas software interlocks<br />
could be employed instead, as in other<br />
sectors. This is as much a feature of nuclear industry<br />
culture as it is logic. The use of hard stops may be<br />
viewed within the culture of another industry sector<br />
as draconian. Arguably, software limits could be<br />
commonplace, allowing software to control robot<br />
movement effectively and safely. Safety cases would<br />
need to adopt new ways of thinking in order <strong>for</strong> robotic<br />
systems to be successful. Common issues and<br />
problems encountered in mid-TRL projects during<br />
delivery include:<br />
p Project definition: requirements capture; front<br />
end loading (an important concept in the management<br />
of projects); insufficient scope definition;<br />
optimistic estimates of project costs and resources<br />
(the impact of optimism bias is an important<br />
concept that needs to be better understood).<br />
p Resource management: strategic/tactical relationship<br />
in the context of organisational objectives<br />
and priorities. Behaviours tend to be defensive<br />
and there<strong>for</strong>e conservative and default to: no<br />
change, nothing new, cannot be done, cannot<br />
sign off, causing a slowing down; due to several<br />
iterations of meetings to ‘kick the problem into<br />
another meeting’. This is rooted in the organisational<br />
culture. Resources are often not available,<br />
due to other work commitments and facilities may<br />
not be available also.<br />
p Governance: lack of ownership, i.e. accountability;<br />
insufficient project governance; risk<br />
management failing to focus changes in a dynamic<br />
context and complex decision making process;<br />
inadequate change control, including changes to<br />
scope.<br />
p Culture: risk aversion; reluctance to change – a<br />
mind-set rooted in the prevailing culture, perceiving<br />
change agents as disruptors (negative and<br />
dangerous) technologies can be perceived as ‘too<br />
advanced’ <strong>for</strong> implementation into ‘our industry’.<br />
p <strong>Nuclear</strong> industry culture is mentioned briefly<br />
above and is inextricably connected with organisational<br />
cultures within the sector. Risk and<br />
uncertainty are also central considerations. The<br />
management of risk lies essentially in the domain<br />
of programme and project management. Best<br />
practice, based on research, would suggest that<br />
the management of risk constitutes the major<br />
part of the practice of the management of projects<br />
[20] .<br />
Lessons Learned<br />
From a review of the delivery of UK NNL’s mid TRL<br />
projects, the following conclusions could be drawn.<br />
It would be helpful to reduce uncertainty from the decision-making<br />
process. This would be best achieved<br />
through the conversion of uncertainty to risk, which<br />
can then be treated and managed.<br />
Collaboration on what have been identified as ‘hot<br />
topics’ may be a productive way of recognising how<br />
to strengthen collaboration. A method <strong>for</strong> achieving<br />
this would be to employ a Hazard and Operability<br />
Study (HAZOP) approach at an early stage, relevant<br />
in the context of front-end loading, in project management<br />
terms.<br />
It is recognised that innovation is necessary in order<br />
to accelerate and make safer the new decommissioning<br />
baseline. New technologies, <strong>for</strong> example, the<br />
implementation of robotic solutions, could reduce<br />
human presence in hazardous environments, making<br />
processes safer and more efficient.<br />
It is suggested that there are three different types<br />
of research-led organisation: internal, external<br />
and Small and Medium Enterprises (SMEs). These<br />
own the technologies and approaches used to solve<br />
challenges in the nuclear decommissioning environment;<br />
and translate new science and technologies<br />
into applications.<br />
Ways need to be found to encourage a deeper understanding<br />
of the potential contribution of FOAK<br />
solutions, where no one simple solution currently exists.<br />
This involves fully understanding the value of<br />
creativity on developing solutions and the role that<br />
disruptive technologies, the norm in other industry<br />
sectors, can play.<br />
It is argued, there is a need <strong>for</strong> a cultural change in<br />
the nuclear industry to enable innovation to occur<br />
more readily. It is suggested that internal and external<br />
research organisations need to be involved in the<br />
necessary cultural changes. Academia plays an important<br />
role in generating and translating IP at TRL<br />
1-3 levels. Translating this into the next TRL 4, 5 and<br />
6 requires cultural change, in order that approvals<br />
can be granted to enable prototypes to be tested and<br />
new ideas to be applied.<br />
A good example of this is the problem of UKCA marking.<br />
For some, it is considered to be unrealistic that<br />
experimental robotic equipment developed at universities<br />
explicitly <strong>for</strong> the purposes of R&D or test<br />
deployments can be subject to UKCA marking in the<br />
way that industrial equipment is required to be, and<br />
indeed that the UKCA mark does not substitute <strong>for</strong><br />
risk assessments.<br />
However, this can be addressed by the acknowledgement<br />
that such a requirement be<strong>for</strong>e any commercial<br />
DECOMMISSIONING AND WASTE MANAGEMENT 57<br />
Decommissioning and Waste Management<br />
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DECOMMISSIONING AND WASTE MANAGEMENT 58<br />
robotic purchase and/or full deployment is <strong>for</strong> a legitimate<br />
purpose in order to be fully legally compliant,<br />
and to facilitate approval <strong>for</strong> the technology to be<br />
deployed at a nuclear licensed site such as Sellafield.<br />
The only time UKCA marking is <strong>for</strong>mally required<br />
is after R&D trials have been completed, and a project<br />
moves on to a stage requiring the purchase of a<br />
commercial technology product. To minimise such<br />
challenges, universities from when beginning to<br />
develop experimental robotic equipment should routinely<br />
look to keep a robust technical file, detailing<br />
all necessary advancements with the technology. In<br />
so doing, this technical file will make the expected<br />
eventual process step to apply <strong>for</strong> UKCA marking <strong>for</strong><br />
the robotic equipment far easier and more likely to<br />
succeed, facilitating its advancement to full deployment.<br />
The economic and logistical constraints, currently<br />
manifested in the nuclear sector as culturally based<br />
behaviours and processes, can sometimes slow innovation.<br />
Outside of legal compliance, cultural change<br />
in combination with recognised, reliable risk management<br />
can be a solution to this problem; but this<br />
requires a deeper understanding of the role played<br />
by regulation in relation to technological development<br />
and advances in science, in order to facilitate<br />
the valuable contribution that SMEs and other research<br />
organisations play in the translation of new<br />
scientific discoveries into industrial applications. As<br />
mentioned above, the language used and the way<br />
in which things are done in the nuclear context are<br />
both a manifestation of culture as well as symbolic<br />
and influential in maintaining that culture, to the<br />
extent that innovation can be slowed; whereas, in reality<br />
there are multiple routes which would achieve<br />
a given outcome [21] .<br />
Way Forward<br />
Arguably an agenda could be developed within the<br />
nuclear decommissioning community that begins<br />
to address challenges to new ideas and innovations<br />
reaching decommissioning sites. Academic researchers,<br />
the ONR and Sellafield are interested in this<br />
problem and have identified that the main challenge<br />
occurs within the actual process of getting an idea to<br />
move <strong>for</strong>ward.<br />
an appropriate point in time would go some way in<br />
preventing challenges to innovation. A documented<br />
process that supports this purpose is needed.<br />
The ‘game changers’ are the SMEs and other research<br />
organisations, supported mainly by the National<br />
<strong>Nuclear</strong> User Facility (NNUF) and Innovate UK but,<br />
arguably, in the current risk averse climate these<br />
funding bodies are setting the game changers up <strong>for</strong><br />
a fall.<br />
The concept of developing a taxonomy idea and<br />
innovation types would be an effective and useful<br />
construct to assist the classification or categorisation<br />
of ideas and innovations at an early stage. A new process<br />
model <strong>for</strong> innovation and change would be able<br />
to relate to these different categories of idea/innovation,<br />
facilitating the tailoring of approaches to their<br />
rigorous consideration in a risk-based, meaningful<br />
way.<br />
Mid-TRL projects are by their very nature inherently<br />
high risk projects. These are FOAK and their route to<br />
final solution cannot be accurately determined at project<br />
inception. Typical key risks need to consider the<br />
following: scope, programme and cost uncertainties,<br />
which must be managed effectively as technology<br />
develops. This requires the ability to demonstrate a<br />
nuclear safety case. Potential commercial exposure<br />
requires that an appropriate commercial model be<br />
adopted from the start, particularly with respect to IP<br />
management and in partnership with other organisations.<br />
Reputational risk, associated with these types<br />
of project, needs to be managed, given that they are<br />
often funded partially by government investment vehicles.<br />
Effective risk management is essential; best<br />
achieved through project management, control, and<br />
delivery strategies, implemented from the outset.<br />
The arguments above point to the need to establish<br />
a new ‘delivery framework’ at the core of all project<br />
delivery based on a stage-gate process approach.<br />
This delivery framework would ensure that projects<br />
are ‘set up to succeed’ by providing clear guidance<br />
on the specific checks and balances that need to be<br />
actioned throughout the project lifecycle, and prior<br />
to commencement of work.<br />
What would really begin to unlock the resistance<br />
to change would be a robust model <strong>for</strong> a process,<br />
with supporting documentation, to <strong>for</strong>m the basis<br />
of a viable way of progressing ideas from laboratory<br />
to site. This should involve connecting the process<br />
with the regulatory framework in a way that re -<br />
cognises the importance of timing. Often, ideas are<br />
turned off too soon. Introducing regulatory review at<br />
The risk profile of projects would be assessed at bid<br />
stage and the appropriate level of project management<br />
and governance implemented to match the<br />
project risk profile. Furthermore, project owners<br />
would be responsible <strong>for</strong> a number of key aspects as<br />
follows:<br />
p The identification and availability of facilities,<br />
equipment and people during the front-end<br />
Decommissioning and Waste Management<br />
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project evaluation stage, and identification of<br />
appropriate and adequate resources.<br />
p The definition roles, responsibilities and accountabilities<br />
across the delivery team and identification<br />
of project ‘risks’ (technical and commercial).<br />
p Confirmation of benefits and requirements,<br />
specific deliverables, programme of work, key<br />
milestones, challenges, risks and critical path<br />
activities; and<br />
p The design of governance, reporting, and communication<br />
strategies, to include progress, cost and<br />
risk.<br />
The approach would ensure an appropriate management<br />
and governance structure, reporting and<br />
communications plans, and stakeholder management<br />
strategy. The transparency encouraged<br />
through this approach would result in strong engagement<br />
by the Regulator and key stakeholders;<br />
helping to stimulate a cultural change in the nuclear<br />
industry and support the development of robotic systems<br />
in nuclear decommissioning projects.<br />
Acknowledgement<br />
The authors would like to acknowledge funding provided<br />
towards developing this paper from the UK<br />
NNL Science & Technology Programme.<br />
References<br />
[1] Smith, R.; Cucco, E.; Fairbairn, C. Robotic Development <strong>for</strong> the <strong>Nuclear</strong> Environment:<br />
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Industry”, H Chapman, Marc Thomas, Stephen Lawton, ATW-<strong>International</strong> <strong>Journal</strong> <strong>for</strong> <strong>Nuclear</strong><br />
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<strong>atw</strong>-international-journal-<strong>for</strong>-nuclear-power-08-092019<br />
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[5] UK Government, Health and Safety at Work etc. Act 1974<br />
[6] UK Government, Energy Act 2016<br />
[7] UK Government, <strong>Nuclear</strong> Installations Act 2016<br />
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https://www.hse.gov.uk/en<strong>for</strong>ce/expert/alarpglance.htm<br />
[9] ONR Safety Assessment Principles 2014 Edition, Revision 1, January 2020<br />
[10] https://www.pilz.com › TechBo_Pilz_safety_compendium_1004669-EN-01, 5th Edition March<br />
2018<br />
[11] Supply of Machinery (Safety) Regulations 2008, Version 2, November 2021<br />
[12] European Parliament and Council of the European Union Machinery Directive 2006/42/EC<br />
[13] NDA, Robotics and Artificial Intelligence Research and Development Preferred Option<br />
(Gate B) – Issue 1 March 2018<br />
[14] <strong>Nuclear</strong> Decommissioning Authority Sets Out Its Grand Challenges, Available at:<br />
https://www.gov.uk/government/news/nda-sets-out-its-grand-challenges<br />
[15] Sellafield Limited Medium to Long Term Research Needs – Supporting the Mission at Sellafield,<br />
Available at:<br />
https://tinyurl.com/y7nh98f9<br />
[16] UK Radioactive Waste Inventory, Available at:<br />
https://ukinventory.nda.gov.uk/about-radioactive-waste/what-is-the-waste-hierarchy/<br />
[17] Remotely Operated Vehicles James Fischer <strong>Nuclear</strong>, Available at:<br />
https://www.jfnl.co.uk/products/rov-systems/unmanned-aerial-vehicles/<br />
[18] National <strong>Nuclear</strong> Laboratory and Sellafield Ltd (2020) Solving Sellafield’s 4 Ds problem,<br />
American <strong>Nuclear</strong> Society, November 6, 2020. Available at:<br />
https://www.ans.org/news/article-2351/solving-sellafields-4-ds-problem/<br />
[19] Schein, E. (2017) Organisational Culture and Leadership, 5th Edition, Hoboken, Wiley.<br />
[20] Morris, P. (2013) Reconstructing Project Management, Chichester, Wiley-Blackwell.<br />
[21] Von Bertalanffy, L. (1968) General Systems Theory: Foundations, Development, Applications,<br />
New York: George Braziller.<br />
Authors<br />
Howard Chapman<br />
National <strong>Nuclear</strong> Laboratory<br />
howard.chapman@uknnl.com<br />
Howard Chapman is a Principal Safety Consultant and has worked in the nuclear<br />
industry <strong>for</strong> over thirty-five years, with vast experience in the production and management<br />
of radiological and high hazard chemotoxic safety cases at a number of sites<br />
throughout the UK and internationally. His career spans across<br />
all aspects of the nuclear project lifecycle. Howard led the safety case <strong>for</strong> the LaserSnake<br />
project which built a semi-autonomous robot controlled laser cutting capability in a<br />
cave environment within an active facility. Howard has also recently worked on a<br />
robotic safety project to meet the challenge <strong>for</strong> the adoption of a higher degree of<br />
Human Robot Collaboration at Sellafield site. This work has helped to develop a better<br />
understanding of generic robotic safety case considerations and the reliability of SMART<br />
protective measures available from current and emergent technologies across all key<br />
industrial sectors.<br />
John-Patrick Richardson<br />
National <strong>Nuclear</strong> Laboratory<br />
john-patrick.richardson@uknnl.com<br />
As Robotics Development Lead <strong>for</strong> the UK National <strong>Nuclear</strong> Laboratory,<br />
John-Patrick Richardson has responsibility <strong>for</strong> the development & technical delivery of<br />
NNL’s strategy <strong>for</strong> the Robotics Capability through the co-ordination<br />
of customers, suppliers, universities and other companies. His responsibilities cover two<br />
main areas: leading on the development of the Robotics & Artificial Intelligence (RAI)<br />
Strategy <strong>for</strong> NNL and business development; and ensuring the technical delivery of RAI<br />
work across NNL.<br />
Colin Fairbairn<br />
National <strong>Nuclear</strong> Laboratory Limited<br />
colin.fairbairn@uknnl.com<br />
Colin Fairbairn is a Chartered Senior Mechanical Engineering Technologist as part of the<br />
National <strong>Nuclear</strong> Laboratory’s Remote Engineering, Design and Robotics team; and NNL<br />
Technical Lead, specialised in robotics and artificial intelligence and remote engineering.<br />
An advocate <strong>for</strong> robotics and smart technology, Colin develops innovative robotic<br />
solutions <strong>for</strong> remote deployment in hazardous radioactive environments. Colin is<br />
responsible <strong>for</strong> leading the technical delivery of NNL robotics projects, translating novel<br />
technology <strong>for</strong> the use in nuclear decommissioning.<br />
Antonio Di Buono<br />
National <strong>Nuclear</strong> Laboratory Limited<br />
antonio.dibuono@uknnl.com<br />
Antonio Di Buono is a Research Technologist in the Instrumentation and In-situ Analysis<br />
team. He is working on several aspects of instrumentation development, focusing on<br />
wireless communications <strong>for</strong> nuclear decommissioning environments and the use of<br />
digital technologies. Antonio joined NNL after completing his PhD project at the Centre<br />
<strong>for</strong> Innovative <strong>Nuclear</strong> Decommissioning (CINDe) in 2020. His research involves the<br />
design, prototyping and experimental evaluation of wireless sensing systems to support<br />
decommissioning activities and to provide remote sensing capability in nuclear material<br />
storage facilities.<br />
Andrew Gale<br />
Co-Author Professor Andrew Gale is an emeritus Professor of Project Management at<br />
the University of Cumbria.<br />
DECOMMISSIONING AND WASTE MANAGEMENT 59<br />
Decommissioning and Waste Management<br />
Best Practice Guidelines and Lessons Learned from Robotic System Deployment in <strong>Nuclear</strong> Decommissioning ı Howard Chapman, John-Patrick Richardson, Colin Fairbairn, Antonio Di Buono, Andrew Gale
Impressum<br />
Offizielle Mitgliederzeitschrift der Kerntechnischen Gesellschaft e. V. (KTG)<br />
Verlag<br />
INFORUM Verlags- und Verwaltungsgesellschaft mbH<br />
Berliner Straße 88A, 13467 Berlin<br />
www.nucmag.com<br />
@<strong>atw</strong>_<strong>Journal</strong><br />
@<strong>atw</strong>-international-journal-<strong>for</strong>-nuclear-power<br />
Geschäftsführer<br />
Dr. Thomas Behringer<br />
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Chefredakteur<br />
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+49 172 2379184<br />
nicolas.wendler@nucmag.com<br />
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Redakteurin<br />
Nicole Koch<br />
+49 163 7772797<br />
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DE:<br />
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the Editorial Staff and not to individual persons of the association's staff. We do<br />
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ISSN 1431-5254 (Print) · eISSN 2940-6668 (Online)
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
KTG-Fachinfo 13/2023 vom 31.07.2023:<br />
Kernfusion im Fokus<br />
der Forschungspolitik<br />
Sehr geehrte Damen und Herren, liebe Mitglieder der KTG,<br />
am 5. Juni 2023 haben das Bundesministerium für Bildung<br />
und Forschung (BMBF) und der Bundesverband<br />
der Deutschen Industrie (BDI) ein Symposium zur<br />
Fusions<strong>for</strong>schung im Haus der Deutschen Wirtschaft<br />
veranstaltet, auf dem auch ein deutsches Fusionsprojekt<br />
– auf Grundlage der insbesondere in Deutschland<br />
weiter entwickelten Stellarator-Technik – diskutiert<br />
wurde. Der Gastgeber und BDI-Präsident Siegfried<br />
Russwurm verlautbarte: „Für den Industriestandort<br />
Deutschland ist die Entwicklung einer wetterunabhängigen,<br />
sauberen und klimaneutralen Energiequelle<br />
wie der Fusion als Ergänzung zu den erneuerbaren<br />
Energien außerordentlich wichtig. Der steigende<br />
Strombedarf im Zuge der Energiewende zeigt die<br />
Notwendigkeit einer zusätzlichen Energiequelle.“ Er<br />
erklärte, es sei bei der Energieerzeugung kein Ende<br />
der Geschichte zu erwarten und versicherte, dass die<br />
Industrie bereitstehe, in Zusammenarbeit mit Wissenschaft<br />
und Politik dafür zu sorgen, dass die Kernfusion<br />
Teil des deutschen Energiemix werde..<br />
Forschungsministerin Bettina Stark-Watzinger<br />
er klärte, dass die Industrie auf dem Weg zum Fusionskraftwerk<br />
entscheidend sei, denn Forschungsinstitute<br />
bauten Testanlagen, aber keine Kraftwerke zur Energieproduktion.<br />
In einem Gespräch mit der Frankfurter<br />
Allgemeinen Sonntagszeitung vor der Veranstaltung<br />
machte Sie deutlich, dass sie eine Kommerzialisierung<br />
der Kernfusion in Deutschland erreichen wolle.<br />
Zuvor hatte das BMBF am 22. Mai den Bericht „Memorandum<br />
– Laser Inertial Fusion Energy“ vorgestellt, der<br />
unter Federführung von Prof. Dr. Constantin Leon<br />
Häfner erstellt wurde, dem Inhaber des Lehrstuhls für<br />
Lasertechnik der RWTH Aachen. Der Bericht stellt fest,<br />
dass die Fusionstechnologie im nationalen Interesse<br />
sei und sowohl die Magneteinschluss – als auch die<br />
Inertialeinschlussfusion verfolgt werden sollten. Da<br />
sich die Aktivitäten im Bereich Kernfusion in den vergangenen<br />
Jahren international vervielfältigt hätten,<br />
bestehe nun eine Dringlichkeit für den Aufbau von<br />
Vertrauen in der Öffentlichkeit und von so genannten<br />
technischen Ökosystemen, die die Fusionsentwicklung<br />
in Deutschland unterstützen können. Es wird<br />
empfohlen, in der Fusions<strong>for</strong>schung Kompetenzcluster<br />
zu bilden und die Priv<strong>atw</strong>irtschaft in die Entwicklung<br />
einzubeziehen. Als vielversprechende fachliche<br />
Handlungsfelder für die Kompetenzentwicklung<br />
werden Hochleistungsoptik und Lasersysteme, die<br />
Herstellung von Targets und Fusionsmaterialien,<br />
Kernverfahrenstechnik, kerntechnische Sicherheit<br />
sowie Modellierung und Simulation genannt, die mit<br />
einer Querschnittsfunktion auch andere Bereiche der<br />
Fusions<strong>for</strong>schung unterstützen können. Es wird empfohlen,<br />
in internationaler Kooperation eine Implosionseinrichtung<br />
für Tests zur Inertialeinschlussfusion<br />
zu errichten. Es wird angeregt, dass Deutschland eine<br />
weltweite Führungsrolle durch die Errichtung einer<br />
gepulsten Fusionsneutronenquelle insbesondere zur<br />
Forschung an Target- und Strukturmaterialien erlangt,<br />
da es eine solche Einrichtung bislang nicht gebe.<br />
Die Agentur für Sprunginnovationen (SPRIND), ein<br />
staatliches Technologieförderinstrument von BMBF<br />
und Bundeswirtschaftsministerium will in kommenden<br />
5 Jahren 90 Millionen Euro in Laserfusion investieren<br />
und hat zu diesem Zweck im März 2023 die Pulsed<br />
Light Technologies GmbH gegründet, die Lasertechnologien<br />
entwickeln soll, die auch in anderen Feldern<br />
Anwendung finden können.<br />
Am 22. Juni schließlich wurde vom BMBF das Positionspapier<br />
„Fusions<strong>for</strong>schung Auf dem Weg zur<br />
Energieversorgung von morgen“ veröffentlicht. In<br />
diesem wird die Diskrepanz zwischen einer führenden<br />
Beteiligung Deutschlands an der Magneteinschlussfusion<br />
und der weitgehenden Abwesenheit<br />
von Forschung zur Trägheitsfusion festgestellt und<br />
als Handlungsfelder die Weiterentwicklung der technologischen<br />
Ansätze auch durch Verbund<strong>for</strong>schung<br />
mit der Industrie – im Bereich Trägheitsfusion v. a. bei<br />
essenziellen Systemkomponenten – sowie der Aufbau<br />
eines Fusionsökosystems identifiziert. Zu diesem sollen<br />
neben den bestehenden Zentren auch neue „Technologiehubs“<br />
gehören, die auch der Industrie offenstehen<br />
sollen. BMBF erklärt in dem Positionspapier die<br />
Absicht, rechtliche Grundlagen für Bau und Betrieb<br />
eines Fusionskraftwerks außerhalb des Atomrechts<br />
schaffen zu wollen. Zielsetzung der Fusions<strong>for</strong>schung<br />
soll es sein, alle bekannten Ansätze zur Fusion auf ihre<br />
Eignung für die Realisierung von Fusionskraftwerken<br />
zu untersuchen.<br />
Hinsichtlich des weiteren Fortgangs der Fusionsentwicklung<br />
sieht das BMBF im Positionspapier den<br />
Zeitraum bis in die dreißiger Jahre nach wie vor von<br />
der Forschungs- und Entwicklungsphase geprägt,<br />
möchte aber erreichen, Unternehmen und privates<br />
Kapital besser einzubinden und einen Zugang zu den<br />
öffentlichen Forschungseinrichtungen ermöglichen.<br />
Von Anfang der dreißiger Jahre bis Anfang der vierziger<br />
Jahre soll sich eine so genannte Transferphase<br />
anschließen, in der die Federführung der Entwicklung<br />
an die Industrie übergeht und Prototypkraftwerke mit<br />
Technology Readiness Level 7 oder 8 entwickelt werden<br />
sollen. Ab den vierziger Jahren sollen dann kommerzielle<br />
Fusionskraftwerke errichtet werden, wobei<br />
61<br />
KTG-FACHINFO<br />
KTG-Fachinfo
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Änderungen und Irrtümer vorbehalten. Stand: September 2023
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
es weiterhin eine dann begleitende, auf Optimierung<br />
gerichtete öffentliche Fusions<strong>for</strong>schung geben soll.<br />
Mit dem neuen Fokus des BMBF auf die Fusions<strong>for</strong>schung<br />
wird darauf gezielt, den Zeitplan gegenüber<br />
der laufenden internationalen Fusions<strong>for</strong>schung<br />
zu beschleunigen. Während die Fertigstellung des<br />
Demonstrationskraftwerks DEMO als Nachfolger des<br />
internationalen Experimentalreaktors ITER für 2050<br />
vorgesehen ist und die abgeleiteten kommerziellen<br />
Fusionskraftwerke entsprechend erst später errichtet<br />
werden würden, hält es BMBF aufgrund erreichter<br />
Fortschritte und aktueller Entwicklungen für möglich,<br />
dass das erste Demonstrationskraftwerk vor 2045 in<br />
Betrieb gehen kann. Dieses wird als übergeordnetes<br />
Ziel des Fusionsförderprogramms benannt, wobei<br />
offenbleibt, ob es hier um ein eigenes deutsches<br />
Demonstrationskraftwerk geht, was allerdings zu<br />
vermuten ist, da ja ein vom Entwicklungspfad ITER/<br />
DEMO abweichender Zeitplan skizziert wird. Konkret<br />
soll in diesem Jahr ein BMBF-Förderprogramm für die<br />
Fusions<strong>for</strong>schung entstehen, dass die bestehende<br />
institutionelle Förderung durch Projektförderung<br />
ergänzt. Neue Forschungsinfrastrukturen sollen nur<br />
unter enger Einbindung der Industrie geplant und<br />
realisiert werden.<br />
Das neue Interesse des BMBF und der Forschungsministerin<br />
an der Kernfusion ist – besonders im Vergleich<br />
zum geradezu ostentativen Desinteresse der Amtsvorgängerin<br />
– sehr zu begrüßen. Auch ein – momentan<br />
eher angedachtes als ge<strong>for</strong>dertes – deutsches Fusionskraftwerksprojekt<br />
wäre ein wichtiger Impuls nicht nur<br />
für die Fusion, sondern für die Kerntechnik insgesamt.<br />
Damit könnte das Engagement der Industrie über die<br />
heutigen Kerntechnikunternehmen hinaus gesteigert<br />
werden und der Kompetenzerhalt – auch im Bereich<br />
Kernfusion gibt es Befürchtungen hinsichtlich eines<br />
Kompetenzverlustes – und die Nachwuchsgewinnung<br />
würden erleichtert.<br />
Fraglich ist allerdings, ob der Enthusiasmus der<br />
Forschungsministerin von der gesamten Bundesregierung<br />
geteilt wird und ob angesichts bestehender<br />
Vorbehalte bei den anderen Parteien der Bundesregierung<br />
tatsächlich ein deutsches Fusionsprojekt<br />
auf den Weg gebracht werden kann. Die Direktorin<br />
des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik, Prof. Dr.<br />
Regine Günter, hatte auf dem Fusionssymposium die<br />
finanzielle Größenordnung von 20 Milliarden Euro im<br />
Lauf von 20 Jahren für ein Demonstrationskraftwerk<br />
genannt. Für die Trägheitsfusion müssten zusätzlich<br />
150 Millionen Euro pro Jahr investiert werden, genau<br />
so viel wie für die bisherige deutsche Fusions<strong>for</strong>schung<br />
ohne die internationalen Euratom-Projekte. Das Bundeswirtschaftsministerium<br />
jedenfalls hatte kein Interesse<br />
an einer Teilnahme am Symposium. Auch gilt es<br />
– bei allem grundsätzlichen Optimismus – die Entwicklung<br />
eines neuen Forschungsprogramms aufmerksam<br />
und kritisch im vorgesehenen Konsultationsprozess zu<br />
begleiten, da eine Ausweitung der Projektförderung<br />
und eine Bindung von neuen Infrastrukturen an eine<br />
Industriebeteiligung im ungünstigsten Fall auch den<br />
Weg zu einem Begräbnis erster Klasse für die Fusions<strong>for</strong>schung<br />
in Deutschland ebnen könnten.<br />
Ihre KTG-Geschäftsstelle<br />
Nicolas Wendler<br />
63<br />
KTG-FACHINFO<br />
Jetzt Mitglied werden<br />
Wenn Ihnen die sachliche Auseinandersetzung mit der<br />
Kernenergie ebenso wie uns am Herzen liegt, wenn Sie Teil<br />
des kerntechnischen Netzwerkes in Deutschland werden<br />
möchten oder wenn Ihnen einfach Ihr persönliches<br />
Engagement für Ihre Überzeugungen wichtig ist, sollten<br />
Sie nicht länger zögern!<br />
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unser Netzwerk ein!<br />
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KTG-Fachinfo
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
VOR 66 EDITORIAL JAHREN 64<br />
Vor 66 Jahren
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
VOR 66 EDITORIAL JAHREN 65<br />
Vor 66 Jahren
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
VOR 66 EDITORIAL JAHREN 66<br />
Vor 66 Jahren
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
VOR 66 EDITORIAL JAHREN 67<br />
Vor 66 Jahren
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
KTG INSIDE 68<br />
Vortragsreihe der KTG-Fachgruppe „Betrieb und Sicherheit”<br />
Nuklearprogramme in Europa<br />
Liebe Mitglieder der KTG,<br />
am 21. Juli 2023 wurde die während der Pandemie<br />
ins Leben gerufene online Vortragsreihe<br />
der KTG-Fachgruppe „Betrieb und Sicherheit”<br />
mit dem aktuellen Vortrag „Nuklearprogramme<br />
in Europa“ von Herrn Uwe Stoll,<br />
technisch-wissenschaftlicher Geschäftsführer<br />
der Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit<br />
(GRS) weitergeführt. Dieses Mal wurde<br />
der Vortrag mit freundlicher Unterstützung der<br />
Framatome GmbH organisiert und als hybride<br />
Veranstaltung in Erlangen gehalten.<br />
Inhalt:<br />
Die Diskussion zur CO 2 -Reduktion und der Krieg<br />
in der Ukraine hat in vielen europäischen Ländern<br />
zu einer Neupositionierung bezüglich der<br />
Kernenergienutzung geführt. Im Vortrag wurde<br />
ein Überblick über den aktuellen Stand zur<br />
Planung und Umsetzung von Kernenergieprojekten<br />
in allen europäischen Ländern gegeben.<br />
Dabei ging es sowohl um „große“ KKW, als<br />
auch um SMRs und Forschungsreaktoren.<br />
Mit beinahe 100 Teilnehmern online und etwa<br />
50 Besuchern vor Ort, darunter auch fachfremde,<br />
interessierte Zuhörer war es eine sehr<br />
gelungene Veranstaltung. Eine der Haupthemen<br />
der nachfolgenden Q&A-Runde waren<br />
SMRs, deren Wirtschaftlichkeit, Realisierungschancen<br />
sowie die damit verbundene<br />
Möglichkeit der Zusammenarbeit von europäischen<br />
Regulatoren zwecks gemeinsamer<br />
Lizensierung. Das Thema Fusion und Chancen<br />
deutscher Ingenieure und Unternehmen an<br />
diesem Thema, aber auch Chancen für Deutschland<br />
in der Zukunft haben die Zuhörer nicht<br />
gleichgültig gelassen. Ein kleiner Empfang am<br />
HYBRID-VORTRAG<br />
Abend hat die Diskussionen über die Entwicklung<br />
der Kerntechnik in Europa ausklingen<br />
lassen.<br />
Der verwendete Foliensatz kann gerne online<br />
unter www.ktg.org heruntergeladen<br />
werden:<br />
https://rb.gy/z66de<br />
Referent:<br />
Herr Dipl.-Ing. Uwe Stoll war von 1990 – 2016<br />
bei Siemens KWU und AREVA tätig und zuletzt<br />
bei Areva GmbH Leiter der Einheit „Engineering<br />
& Projects" mit den Arbeitsschwerpunkten:<br />
Sicherheits- und Störfallbeherrschungskonzepte<br />
sowie Störfallanalysen für Siede- und<br />
Druckwasserreaktoren, Untersuchung und Bewertung<br />
von Ereignissen in KKW und<br />
Inbetriebsetzung von Reaktoren.<br />
Er ist unter anderem seit 2010 Mitglied der RSK,<br />
Leiter des Ausschusses „Elektrische Einrichtungen“<br />
der RSK und Präsident von ETSON<br />
(European Technical Safety Organization Network).<br />
Herzlichen Dank für das Interesse!<br />
Mit freundlichen Grüßen,<br />
Dr.-Ing. Tatiana Salnikova<br />
Vorsitzende der Fachgruppe „Betrieb und Sicherheit“<br />
KTG Inside
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
NEUES FORMAT<br />
Aus- und Weiterbildungsexkursion<br />
der Kerntechnischen Gesellschaft e. V.<br />
Liebe Mitglieder der KTG,<br />
wir, Ihre KTG, sind an die deutschen kerntechnischen<br />
Einrichtungen (Lieferanten, Betreiber,<br />
Gutachter und Behörden, Wissenschaft, Forschung<br />
und Lehre…) herangetreten und haben<br />
das Angebot unterbreitet, eine Aus- und Weiterbildungsexkursion<br />
zum exklusiven Kennenlernen<br />
von kerntechnischen Anlagen im<br />
Rahmen einer 5-tägigen Reise zum Selbstkostenpreis<br />
zu organisieren. Dieses wurde von<br />
unseren Ansprechpartnern sensationell positiv<br />
angenommen.<br />
Unsere KTG kommt damit eindeutig ihrer Funktion<br />
als gemeinnützige Vereinigung, um damit<br />
konkret den Fortschritt von Wissenschaft und<br />
Technik auf dem Gebiet der friedlichen Nutzung<br />
der Kernenergie und verwandter<br />
Disziplinen zu fördern und weiter wahrzunehmen,<br />
nach.<br />
Die Zielsetzung besteht darin, praktische<br />
Kenntnisse im Bereich des nuklearen Brennstoffkreislaufs<br />
zu vermitteln. Dies umfasst den<br />
gesamten Prozess von der Uranverarbeitung<br />
über den Kraftwerksbetrieb bis hin zum Rückbau<br />
und der Zwischen- sowie Endlagerung<br />
radioaktiver Abfälle. Dabei sollen die Teilnehmenden<br />
die Gelegenheit haben, die Prozesse<br />
und Abläufe hautnah kennenzulernen, sich mit<br />
Fachleuten aus erster Hand auszutauschen und<br />
untereinander zu vernetzen.<br />
Arbeitsalltag gewinnen bzw. vertiefen können,<br />
um so die eigene Tätigkeit im kerntechnischen<br />
Kontext besser einzuordnen.<br />
Die erste Exkursion „Nordwest“ wird vom<br />
18. – 22. September 2023 stattfinden und<br />
war innerhalb weniger Tage ausgebucht.<br />
Die Standorte, die besucht werden und damit<br />
unsere Gastgeber, sind die Firmen: Urenco, Advanced<br />
<strong>Nuclear</strong> Fuels, Kernkraftwerk Emsland<br />
(RWE), Kernkraftwerk Stade (PEL), Eisenwerke<br />
Bassum sowie Schacht Konrad (BGE).<br />
An dieser Stelle möchten wir uns ganz herzlich,<br />
auch im Namen der 30 Teilnehmenden, für die<br />
Bereitschaft und Unterstützung dieser Unternehmen<br />
bedanken!<br />
Aufgrund der großen Nachfrage werden wir<br />
das Format im kommenden Jahr weiter ausbauen<br />
und über die nächste Gelegenheit zur<br />
Teilnahme in<strong>for</strong>mieren.<br />
Mit freundlichen Grüßen,<br />
der Vorstand der KTG<br />
Kerntechnische Gesellschaft e. V.<br />
KTG INSIDE 69<br />
Und Zielsetzung ist es natürlich auch, unsere<br />
Begeisterung für die Kerntechnik den Nachwuchskräften<br />
und Quereinsteigern zu vermitteln<br />
und uns aktiv für die Nachwuchsgewinnung<br />
und den Know-how-Erhalt einzusetzen.<br />
Zielgruppe sind daher vor allem Branchenneulinge<br />
und Young Professionals aus kerntechnischen<br />
Unternehmen und Einrichtungen, die<br />
aufgrund der spannenden Kombination aus<br />
Impulsvorträgen führender Industrievertreter,<br />
Besichtigungen und Führungen vor Ort sowie<br />
dem Zugang zu nicht öffentlichen Anlagenteilen<br />
grundlegende Kenntnisse aus der industriellen<br />
kerntechnischen Praxis für Ihren<br />
KTG Inside
<strong>atw</strong> Vol. 68 (2023) | Ausgabe 5 ı September<br />
KTG INSIDE 70<br />
Inside<br />
Die KTG gratuliert an dieser Stelle unseren besonderen Jubilaren ab und in ihren „ Neunzigern“.<br />
Wir danken für die lange und treue Mitgliedschaft in der KTG und wünschen noch viele glückliche Lebensjahre.<br />
Herzlichen Glückwunsch!<br />
Oktober 2023<br />
95 Jahre | 1928 8. Dipl.-Ing. Rainer Rothe, Möhrendorf<br />
96 Jahre | 1927 23. Dr. Helmut Krause, Bad Herrenalb<br />
November 2023<br />
91 Jahre | 1932 29. Dipl.-Ing. Karl F. Schlupp, Essen<br />
93 Jahre | 1930 24. Dr. Urban Cleve, Dortmund<br />
94 Jahre | 1929 9. Dipl.-Ing. Amandus Brandstetter, Köln<br />
Die KTG gratuliert ihren Mitgliedern sehr herzlich zum Geburtstag und wünscht ihnen weiterhin alles Gute!<br />
Wenn Sie künftig eine<br />
Erwähnung Ihres<br />
Geburtstages in der <strong>atw</strong><br />
wünschen, teilen Sie dies<br />
bitte der KTG-<br />
Geschäftsstelle mit.<br />
KTG Inside<br />
Lektorat:<br />
Kerntechnische<br />
Gesellschaft e. V. (KTG)<br />
Berliner Straße 88A,<br />
13467 Berlin<br />
E-Mail: info@ktg.org<br />
www.ktg.org<br />
Oktober 2023<br />
60 Jahre | 1963<br />
25. Dr. Volker Dannert, Lingen<br />
60 Jahre | 1963<br />
22. Uwe Menapace, Gümmenen/CH<br />
70 Jahre | 1953<br />
27. Dr. Ralf Güldner, Herrsching<br />
70 Jahre | 1953<br />
20. Dieter Gäckler, Lingen<br />
70 Jahre | 1953<br />
17. Edgar Albrecht, Beckedorf<br />
72 Jahre | 1951<br />
12. Dr. Helmut Bläsig, Bendorf<br />
72 Jahre | 1951<br />
24. Rainer Gömmel, Braunschweig<br />
73 Jahre | 1950<br />
2. Erwin Weber, Ottensoos<br />
74 Jahre | 1949<br />
14. Ludwig Loehr, Neunkirchen<br />
76 Jahre | 1947<br />
30. Dr. Klaus Nopitsch, Rednitzhembach<br />
76 Jahre | 1947<br />
9. Dr. Johannes-Georg Grondey, Laatzen<br />
77 Jahre | 1946<br />
18. Dr. Joachim Fleisch, Karlsruhe<br />
77 Jahre | 1946<br />
15. Dr. Wolfgang Birkholz, Stralendorf<br />
78 Jahre | 1945<br />
22. Michael Schulz, Wesel<br />
79 Jahre | 1944<br />
7. Siegfried Bantle, Dietenhofen<br />
79 Jahre | 1944<br />
2. Arnulf Renner, Sprendlingen<br />
80 Jahre | 1943<br />
4. Klaus Günther, Bergisch Gladbach<br />
81 Jahre | 1942<br />
22. Dr. Alexander Alexas, Stutensee<br />
83 Jahre | 1940<br />
24. Dr. Peter Wirtz, Eggenstein-Leopoldshafen<br />
84 Jahre | 1939<br />
5. Dipl.-Ing. Günter Langetepe, Karlsruhe<br />
85 Jahre | 1938<br />
26. Dr. Knut Scheffler, Beckedorf<br />
86 Jahre | 1937<br />
21. Dipl.-Ing. Gerhard Hendl, Freigericht<br />
87 Jahre | 1936<br />
10. Hans-Jürgen Rokita, Schnakenbek<br />
89 Jahre | 1934<br />
31. Prof. Dr. Rudolf Taurit, Lübeck<br />
November 2023<br />
74 Jahre | 1949<br />
13. Dr. Christian Schönfelder, Köln<br />
75 Jahre | 1948<br />
16. Dr. Bernhard Stellwag, Nürnberg<br />
75 Jahre | 1948<br />
23. Dr. Wieland Kelm, Karlstadt<br />
76 Jahre | 1947<br />
5. Dr. Rainer Becker, Kiel<br />
77 Jahre | 1946<br />
6. Dr. Wilfried R. Lenhardt, Korschenbroich<br />
77 Jahre | 1946<br />
14. Christian Meyer zu Schwabedissen,<br />
Achern<br />
80 Jahre | 1943<br />
29. Kurt Frischengruber, Langensendelbach<br />
80 Jahre | 1943<br />
25. Dr. Holger Teichel, Hemmingen<br />
81 Jahre | 1942<br />
10. Dipl.-Ing. Harald Klinkert, Ründeroth<br />
82 Jahre | 1941<br />
9. Dr. Gotthard Stein, Bonn<br />
83 Jahre | 1940<br />
14. Ing. Uwe Siekmann, Bergisch Gladbach<br />
84 Jahre | 1939<br />
28. Dr. Karl-Heinz Blank, Mannheim<br />
84 Jahre | 1939<br />
22. Dr. Heinz Koinig, Enzersdorf / AT<br />
85 Jahre | 1938<br />
19. Dr. Friedrich Reiss, Ketsch<br />
86 Jahre | 1937<br />
8. Dr. Hartmut Bilger, Ettlingen<br />
86 Jahre | 1937<br />
19. Dr. Ulrich Tillessen, Waldshut-Tiengen<br />
86 Jahre | 1937<br />
26. Dr. Armin Hermann, Brugg / CH<br />
87 Jahre | 1936<br />
20. Dipl.-Ing. Dieter Scholz, Glashütten<br />
89 Jahre | 1934<br />
21. Dr. Werner Rudloff, Uttenreuth<br />
89 Jahre | 1934<br />
26. Dipl.-Ing. Peter Ruße, Dortmund<br />
89 Jahre | 1934<br />
3. Dipl.-Phys. Hans-Christoph Breest, St.<br />
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