Natur & Technik

Wird Kern einer künftigen Dauer-Ausstellung über natürliche Radioaktivität © APA (NHM WIEN/Ludovic Ferriere)
Wird Kern einer künftigen Dauer-Ausstellung über natürliche Radioaktivität © APA (NHM WIEN/Ludovic Ferriere)

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Fossiles Atomkraftwerk: NHM erhält Probe vom Naturreaktor Oklo

05.03.2018

Die erste kontrollierte Kernspaltungs-Kettenreaktion gelang nicht Enrico Fermi 1942, sondern lief bereits vor rund zwei Mrd. Jahren im heutigen Gabun ab. In der Region Oklo befinden sich die Überreste des einzig bekannten natürlichen Kernreaktors. Das Naturhistorische Museum (NHM) Wien erhielt nun eine Probe des 1972 entdeckten Naturreaktors und zeigt diese voraussichtlich ab 2019.

Otto Hahn und Fritz Straßmann führten am 17. Dezember 1938 die erste Kernspaltung durch, Lise Meitner und Otto Frisch lieferten wenige Wochen später die erste physikalisch-theoretische Erklärung für dieses Experiment. Schließlich gelang Enrico Fermi am 2. Dezember 1942 in Chicago die erste selbsterhaltende Kernspaltungs-Kettenreaktion.

"Natur war zuerst da"

"Die Natur war aber zuerst da", sagte NHM-Generaldirektor Christian Köberl im Gespräch mit der APA. Ausgangspunkt war ein sedimentäres Becken in der heutigen Region Oklo nahe der Stadt Franceville, wo sich Uran in einer hohen Konzentration abgelagert hat. Geeignete Rahmenbedingungen führten dazu, dass eine nukleare Kettenreaktion einsetzte, die über Hundertausende Jahre in Gang blieb. Köberl hatte schon wenige Jahre nach der Entdeckung als Student von dem Oklo-Reaktor erfahren, "und seit damals hat mich das Thema nicht losgelassen".

Entdeckt wurde der Naturreaktor 1972 durch einen Franzosen. Dem fiel in einer französischen Urananreicherungsanlage eine Anomalie im Isotopenverhältnis einer Uranverbindung auf, die aus dem Oklo-Erz hergestellt wurde. Auf der Suche nach Erklärungen dafür wurde der Naturreaktor entdeckt, mittlerweile kennt man 17 davon in der Region.

Heute liegt der Anteil von spaltbarem Uran-235 (Halbwertszeit: 700 Mio. Jahre) überall auf der Erde bei 0,7202 Prozent. Deshalb muss man das Uran auf mindestens drei Prozent Uran-235-Anteil anreichern, um es als Brennstoff verwenden zu können. Vor zwei Mrd. Jahren lag der Anteil des Isotops noch bei diesem Wert, also in einer Konzentration, bei der grundsätzlich eine Kettenreaktion einsetzen kann.

Jahrelanges Rätselraten

Doch es war lange rätselhaft, wie der Prozess in der Natur tatsächlich vor sich ging. Schließlich muss auch in jedem Kernkraftwerk mit großem technischen Aufwand die Kettenreaktion präzise gesteuert werden, damit sie einerseits aufrecht bleibt, andererseits nicht aus dem Ruder läuft.

Dafür braucht man einerseits Absorber, die die richtige Zahl der bei der Spaltung eines Urankerns freiwerdenden Neutronen schlucken, andererseits einen Moderator, der einige Neutronen auf die richtige Geschwindigkeit abbremst, um weitere Kerne spalten zu können - beispielsweise Wasser. Beides war in Oklo offensichtlich vorhanden, wie US-Forscher 2004 herausfanden. Das Wasser in der porösen Sandsteinschicht, in der sich das Uranerz befindet, dürfte bei der natürlichen Regulierung des Prozesses ein entscheidender Faktor gewesen sein und als Moderator fungiert haben.

Drang ausreichend Wasser in das Uranerz, konnte die Kettenreaktion einsetzen. Daraufhin stieg die Temperatur im Gestein und das Wasser verdampfte. Ohne diese Neutronenbremse brach die Kernreaktion wieder zusammen - solange, bis wieder ausreichend Wasser nachgeflossen ist.

Mit diesem Wechselspiel waren die Naturreaktoren Jahrtausende lang aktiv und setzten dabei eine - im Vergleich zu den aktuellen Megawatt-Atomkraft-Reaktoren geringe - thermische Leistung von bis zu 100 Kilowatt frei. Irgendwann war dann nicht mehr genug spaltbares Uran-235 vorhanden, um eine Kettenreaktion aufrecht zu erhalten.

Seit 2012 hat sich der Chefkurator der Gesteinssammlung im NHM, Ludovic Ferriere, um eine Probe aus Oklo bemüht, vor einigen Monaten hat es endlich geklappt und die Erstanalysen durch das Museum sind abgeschlossen. Es handelt sich um einen vollständigen, in zwei Hälften geteilten knapp zehn Zentimeter langen Bohrkern von vier Zentimeter Durchmesser und einem Gesamtgewicht von rund 320 Gramm. Das feinkörnige, fast schwarze Sedimentgestein enthält zahlreiche winzige Uraninit-Kristalle.

Kleine Dauerausstellung geplant

Die Probe wird bei einem Empfang im NHM von dem Bergbauunternehmen Orano Mining dem Museum übergeben, als Sponsor, etwa für die notwendigen Analysen fungierte die französische Atomenergiebehörde CEA. Laut Köberl ist das NHM das weltweit einzige Museum mit einer Oklo-Probe.

Der Naturreaktor-Teil soll Nukleus einer kleinen Dauer-Ausstellung des NHM über natürliche Radioaktivität sein. "Wir versuchen, das gerade in Österreich emotional sehr aufgeladene Thema der Radioaktivität auf Fakten zurückzuführen und zu zeigen, dass Radioaktivität Teil der Umwelt ist und allgegenwärtig ist", sagte Köberl. Als Beispiel nennt er etwa die mögliche hohe Konzentration des radioaktiven Edelgases Radon vor allem in Hauskellern etwa im Waldviertel oder die Tatsache, "dass selbst in unserem Körper permanent radioaktive Zerfälle stattfinden".

Mit dem Teil des natürlichen Reaktors habe man nun ein erstes Objekt, um diese Geschichte zu erzählen. Voraussichtlich ab 2019 sollen in einer Vitrine der Gesteinssammlung einige natürliche radioaktive Objekte gezeigt werden. Das Konzept dafür werde nun ausgearbeitet und man versuche, die Finanzierung dafür aufzustellen. "Vielleicht gelingt es auch einen Detektor aufzustellen, der die kosmische Strahlung zeigt, der wir permanent ausgesetzt sind", so Köberl.

Angst müssten künftige Besucher davor nicht haben, "die Menge an Radioaktivität, die von dieser Probe ausgestrahlt wird, ist trivial", so Köberl. Laut Ferriere liegt die Strahlenbelastung der Oklo-Probe (beide Hälften zusammen) in einer Entfernung von fünf Zentimetern bei rund 40 Mikrosievert pro Stunde, etwas mehr als die Strahlenbelastung bei einem 5.000-Kilometer-Flug (30 Mikrosievert), deutlich weniger als bei einem Lungenröntgen (100 Mikrosievert).

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