Gesundheit: Plutonium macht Keramik mürbe

Hart, undurchlässig, feuerfest: Zirkonverbindungen gehören zu den dauerhaftesten Materialien auf der Erde. Deshalb soll zirkonhaltige Keramik Plutonium und anderen radioaktiven Abfall in einem Endlager vor der Umwelt abschirmen, und das für Hunderttausende von Jahren. Aber Zirkon ist anfälliger als gedacht. Innerhalb von 1400 Jahren droht ein Auseinanderbrechen der Substanz. Und schon nach 210 Jahren setzt Plutonium dem Material so sehr zu, dass es anschwillt, seine Stärke verliert und brüchig werden könnte. Das geht aus einer Studie der Universität Cambridge und des Pacific Northwest National Laboratory hervor, die heute im Fachblatt „Nature“ veröffentlicht wird.

Die Wissenschaftler benutzten ein neuartiges Verfahren namens Magnetresonanz-Spektroskopie. Damit ist es möglich, Veränderungen im Kristallgitter der Keramik genau zu studieren. Sie beobachteten, welche Spuren der Zerfall eines Plutonium-239-Atoms (Halbwertszeit 24 000 Jahre) in Uran-235 und ein Alphateilchen in einer keramischen Zirkonverbindung hinterlässt. Die Forscher stellten fest, dass das Alphateilchen einem Billardball vergleichbar mehrere hundert Atome im Kristallgitter verrückt, während das Uran-235 seine gesamte Energie in Form ein Rückstoßes abgibt und dabei sogar mehrere 1000 Atome kaskadenförmig durcheinanderwirbelt. Je länger der radioaktive Zerfall der Keramik zusetzt, umso mehr wird ihre stabile Kristallstruktur zerstört.

„Wir verstehen noch zu wenig, wie sich Materialien über einen extrem langen Zeitraum verhalten“, sagt der Studienleiter Ian Farnan. „Unsere Forschung ist ein Schritt in diese Richtung. Wenn man genauer untersucht, in welcher Form der Atommüll gelagert werden könnte, kann man Milliarden Dollar sparen und die Sicherheit erhöhen.“ wez

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