Chalk River Laboratories
Forschungseinrichtung in Kanada
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Die Chalk River Laboratories (CRL) sind eine noch im Zweiten Weltkrieg (1944) gegründete Kernforschungsanlage im Renfrew County am südlichen Ufer des Ottawa River in Ontario, Kanada, etwa 160 km nordwestlich von Ottawa.[1][2] Chalk River ist die Geburtsstätte des kanadischen Atomprogramms und heute eine Großforschungseinrichtung.[3]
Die Forschungsanlage war zeitweise auch als Chalk River Nuclear Laboratories oder Chalk River Labs bekannt. Die Anlage leitet ihren Namen ab vom nahe gelegenen Chalk River, einem Nebenfluss des Ottawa River, an dem sich die Labors befinden. Des Weiteren gibt es eine kleine Ortschaft mit dem Namen Chalk River etwa eine Meile westlich von dem Forschungskomplex.
CRL ist heute Teil der Canadian Nuclear Laboratories (CNL)[4], welche durch die übergeordnete Dachorganisation, die Atomic Energy of Canada Limited (AECL), eine Crown Corporation, verwaltet und beauftragt werden.[5][6] Das CNL hat sein Hauptquartier am Standort Chalk River. Die Atomaufsicht Kanadas, welche auch die CRL-Anlagen überwacht, ist die Canadian Nuclear Safety Commission (CNSC).[7] An der CRL-Anlage betreibt auch das Canadian Institute for Neutron Scattering (CINC) einige Forschungsaktivitäten.[8]
Geschichte
Chalk River wurde durch den National Research Council (NRC) of Canada ernannt und als Standort für die ersten kanadischen Kernreaktoren ausgewählt. Die Funktion der Kernreaktion bewies 1942 Enrico Fermi und sein Team mit dem „Chicago Pile“. Vom kanadischen Minister Clarence D. Howe wurde der Standort offiziell im August 1944 genehmigt. Im Oktober 1944 waren 350 Männer vor Ort, um Bäume und Farne an den Ufern des Ottawa River zu beseitigen und den Bau von Straßen, Wasserleitungen und grundlegender Infrastruktur zu übernehmen. Innerhalb eines Jahres gab es über 3.000 Arbeiter bei der neuen Laboranlage.
Vor der Gründung von Chalk River waren britische und kanadische Wissenschaftler in Montreal in einem Kernforschungslabor (im Rahmen des NRC) tätig. Noch in Montreal wurde die Reaktorphysik eigenständig entwickelt, welche später Anwendung fand.[9]
Die Anlage Chalk River wurde ursprünglich zu militärischen und auch zivilen Zwecken von den Alliierten Ländern Kanada und England (bzw. dem Vereinigten Königreich; unter Leitung von John Cockcroft) eröffnet, da einige der Kernphysiker und Kernchemiker Europa aus Sicherheitsgründen verlassen hatten. Zu den Leitpersonen des kanadischen Atomprogramms zählte beispielsweise George Laurence.[10] Es arbeiteten dort auch vereinzelt Forscher aus anderen Ländern, z. B. Bertrand Goldschmidt aus Frankreich. Diese Entwicklungen stehen im Zusammenhang mit der MAUD-Kommission und dem Manhattan-Projekt, welchem sich das Vereinigte Königreich bis 1945 anschloss. Man kann sagen, dass die Erfindung der Atombombe (vgl. Trinity) das Ergebnis der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten der drei Länder bzw. Parteien war.
Es wurde bei Chalk River neben der Radiochemie und frühen Erforschung von den Kernbrennstoffen Uran und Plutonium[11] im Rahmen des Metallurgical Projects an der University of Chicago (als Teil des Manhattan-Projekts unter der Leitung von Glenn T. Seaborg u. a.) auch der Weg für die Kernenergienutzung geebnet. Dafür waren eigene Spaltanordnungen bzw. Kernreaktoren (viz. Nullleistungsreaktoren oder größere Forschungsreaktoren) notwendig.
1946 schloss der NRC das Labor in Montreal und fokussierte sich auf die Anlage Chalk River. 1952 wurde die Atomic Energy of Canada Limited (AECL) von der Regierung zur Förderung der friedlichen Nutzung der Kernenergie gegründet, die auch den Betrieb von Chalk River übernahm. Seit den 1950er Jahren wurden von der AECL verschiedene Forschungsreaktoren für die Herstellung von nuklearem Material für medizinische und wissenschaftliche Anwendungen in Betrieb genommen.
Die Kerntechnikforschung Kanadas am CRL hat das Design der Schwerwasserreaktoren, die gewöhnlichen Uran (viz. natürliches Uranoxid) als Kernbrennstoff verwenden, maßgeblich beeinflusst und betreibt diese Anlagen heute noch. Zudem verfügt das Land über einen nahezu vollständigen Kernbrennstoffzyklus von der Exploration bis zum Erzabbau (vgl. Uranwirtschaft und Cameco). Das Land exportiert seine Kernbrennstoff. Eine nukleare Wiederaufarbeitung findet in Kanada nicht statt, trotz vorhandener Expertise in Kernchemie.
Basierend auf der umfangreichen Forschungsaktivitäten am CRL konnte Bert Brockhouse 1994 den Nobelpreis in Physik gewinnen. Heute ist Chalk River als Teil der CNL bzw. AECL eine interdisziplinäre Großforschungseinrichtung in einem Verbund von kanadischen Forschungszentren, deren Fokus auf kernphysikalischen Aspekten liegt. Dies umfasst auch umfangreiche Rück- oder Umbauaktivitäten nach der Dekommissionierung der langjährig genutzten Forschungsanlagen.
Als zweite kerntechnische Forschungsanlage neben Chalk River wurden in den 1950er Jahren die Whiteshell Laboratories durch die AECL gegründet. Hier wurden verschiedene kernphysikalische Experimente durchgeführt, darunter auch im sogenannten Underground Research Laboratory zur Untersuchung von radioaktivem Abfall.
CRL Kernforschung
Die Labors der CRL umfassten mindestens 100 Gebäude, die auf einem Quadratkilometer Fläche gebaut wurden und rund 2000 Menschen beschäftigen. Es wurde intensiv an verschiedensten Aspekten der Kerntechnik, z. B. der Neutronenphysik oder Metallurgie der Kernbrennstoffe, geforscht.
Es befinden sich am Standort Anlagen zur Produktion von medizinisch-technischer Radioisotopen, z. B. Mo-99 in hochangereicheten Uran-Targets für die Produktion von Technetium-99m (Tc-99m) (vgl. die Nuklearmedizin), jedoch ist die große Neutronenquelle, der NRU-Reaktor, seit 2018 außer Betrieb – nach einer Laufzeit von über 60 Jahren.[12]
Chalk River betreibt außerdem Forschung und Leistungen im Bereich der radioaktiven Abfälle oder Radioökologie uvm.
Manhattan Project
Nach den anfänglichen militärischen Kernforschungen im Rahmen des Manhattan-Projekts lenkte Chalk River seine Expertise in die zivile Nuklearindustrie. CRL betrieb Labors und Prototypen, um Fragen zur Skalierung der Plutonium-Separation zu klären. Dieses Wissen wurde kurze Zeit später nach Windscale übertragen und dort auf industrielle Größe skaliert.[13] Zwischen 1959 und 1964 wurden jedoch ca. 252 kg Plutonium in bestrahlten Kernbrennelementen für die USA hergestellt und ausgeliefert.[14]
Zero Energy Experimental Pile (ZEEP)
Der erste Kernreaktor bei Chalk River (vgl. das Foto, dort das weiße Gebäude in der Mitte unter dem kleinen Wasserturm), der Zero Energy Experimental Pile (ZEEP) Forschungsreaktor, entstand 1942 aus einer Zusammenarbeit zwischen britischen und kanadischen Kerntechnikern. Am 5. September 1945 konnte damit der erste eigene (viz. britisch-kanadische) Kernreaktor (ZEEP) außerhalb der Vereinigten Staaten in Betrieb gehen.[15] Die USA hatte nach dem erfolgreichen Chicago Pile-1 weitere Kernreaktoren in Argonne bei Chicago aufgebaut und erprobt.
ZEEP war eine sehr einfache Bauweise des Kernreaktors. Ein großer leerer Tank mit einer Rohrleitung an der Unterseite bildeten die Basis: einen fast drei Meter hohen vertikalen Zylinder mit etwa zwei Metern im Durchmesser. In diesem Tank wurden Brennstäbe montiert, das Uran wurde innerhalb von Aluminiumrohren gestapelt im Sinne von Brennelementen. Die letzte erforderliche Komponente war ein Moderator, der die schnellen Spaltneutronen abbremst. Im ZEEP wurde das damals wenig verfügbare schwere Wasser als Moderator gewählt. Schweres Wasser besitzt einige ideale Eigenschaften als Neutronenmoderator. Die andere Hälfte der Reaktoren aus dieser Zeit (c. 1942–1960) wurde mit Graphit als Moderator aufgebaut. Die Kettenreaktion der Kernspaltung wurde „gestartet“, indem schweres Wasser durch die Rohrleitung hoch in den Tank gepumpt wurde. ZEEP diente als Experiment für Reaktorphysik und Reaktortechnik. Es war ein Nullleistungsreaktor mit weniger als 10 Watt thermischer Leistung (Wth). Ebenso diente der Reaktor zur Erprobung von der Produktion von Plutonium.
ZEEP war prädestiniert für die ersten Experimente zur kontrollierten Nutzung der Kernspaltung. Nach dem Zweiten Weltkrieg und der Rückkehr einiger Forscher nach Großbritannien, erfolgten die ersten Kernforschungsarbeiten dort am Atomic Energy Research Establishment (AERE)—auch bekannt als Harwell.
National Research X-metal (NRX)
Auf den ZEEP-Reaktor folgte ab 1947 der National Research X-metal (NRX)-Reaktor bzw. NRX-Reaktor.[16][17] NRX war bereits im Bau, als ZEEP fertiggestellt wurde. NRX stand auch für National Research Experimental oder National Research Xperimental.
Am 12. Dezember 1952 ereignete sich ein Reaktorunfall (vgl. Exkursion, Kritikalität und Reaktorsicherheit), bei dem das Uran der Kernbrennelemente zu überhitzen drohte, schmolz und die Aluminiumummantelung zum Platzen brachte. Rund 20.000 Ci an Spaltprodukten traten aus und flossen mit rund 1.000.000 Gallonen in den Keller des Gebäudes.[18] Der NRX-Reaktor wurde über einen Zeitraum von 14 Monaten dekontaminiert und repariert und anschließend wieder reaktiviert.[3]
National Research Universal (NRU)
Seit 1957 wurde der National Research Universal (NRU)-Reaktor (vgl. das große Backsteingebäude in der Mitte des Fotos) betrieben und diente der kerntechnischen Forschung.[19] Das Design des „Mehrzweckreaktors“ NRU geht bis auf das Jahr 1949 zurück und er wurde 1957 fertiggestellt. Laut Spezifikation sollte der NRU mit einer Leistung von (geplant) 200 MWth, später 135 MWth, betrieben werden.[20] Tatsächlich wurde er jedoch mehrfach umgerüstet, wodurch sich auch die Leistung veränderte.
Der National Research Universal (NRU)-Reaktor, Kanadas größte und produktivste wissenschaftliche Einrichtung und einer der weltweit vielseitigsten Forschungsreaktoren, wird von den Chalk River Laboratories seit 1957 betrieben. NRU war Kanadas bedeutendster Materialtestreaktor (MTR), in dem Materialien und Kernbrennstoffe für alle späteren kanadischen Kernreaktoren getestet wurden. NRU diente außerdem als Neutronenquelle[21] (vgl. Strahlungsquelle) und produziert bis zu seiner Stilllegung eine Mehrheit der weltweit verwendeten medizinische Radioisotope, die in der Diagnose und Behandlung von Krankheiten verwendet wurden.[22] Die Neutronenforschung wurde vom Canadian Neutron Beam Centre (CNBC)[23] betrieben – bis zur Abschaltung des NRU im Jahr 2018.[24][20]
Nuclear Power Demonstration (NPD)
Im Rahmen der Aktivitäten des CRL wurde auch das wenige Meilen nordwestlich gelegene Kernkraftwerks Rolphton (damals der Nuclear Power Demonstration (NPD)) aufgebaut, damals das erste kommerzielle Kernkraftwerkes Kanadas mit rund 20 MWe (elektrische Leistung), welches 1962 ans Netz ging; es war eine Partnerschaft zwischen AECL und der Hydro Electric Power Commission von Ontario. Rolphton war von 1962 bis 1987 eine Demonstrator bzw. Vorläufer des späteren CANDU-Kernkraftwerks, basierend auf dem Konzept des NRU, welches von Wilfrid Bennett Lewis u. a. kanadischen Kerntechnikern in den 1950ern entwickelt wurde. Als erstes großes Kernkraftwerk Kanadas gilt Douglas Point.
Daten einiger kanadischer Kernreaktoren
Bei Chalk River wurden bzw. werden folgende Reaktoren aufgebaut, erprobt und teilweise schon dekommissioniert und abgebaut. Die Liste erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit und für die aktuellen Daten sollte die Research Reactor Database (RRDB) der IAEO konsultiert werden.[25] Siehe auch die Liste der Kernreaktoren in Kanada.
| Reaktor[26] | Reaktortyp | thermische Leistung (MWth), circa |
Baubeginn | Betriebsaufnahme | Stilllegung |
|---|---|---|---|---|---|
| MAPLE 1 | Pool | 10 | 10.10.1997 | - | - |
| MAPLE 2 | Pool | 10 | 01.01.1997 | - | - |
| NRU | Schwerwasserreaktor | 135 (mehrfach verändert) | 01.01.1952 | 03.11.1957 | 31.03.2018 |
| NRX | Schwerwasserreaktor | 42 | 01.01.1944 | 22.07.1947 | 30.03.1993 |
| PTR | Leichtwasserreaktor | 1/10 kWth | 01.05.1956 | 01.11.1957 | 05.10.1990 |
| ZED-2 | Pool; Nullleistungsreaktor | 1/5 kWth | 01.12.1958 | 01.09.1960 | - |
| ZEEP | Schwerwasserreaktor; Nullleistungsreaktor | 0 | 01.01.1945 | 01.09.1945 | 10.10.1970 |
Kontroversen
Radioaktive Kontamination
Der Standort Chalk River gilt als der am stärksten radioaktiv kontaminierte Nuklearstandort in Kanada. Aufgrund seiner Nähe zum Ottawa River und zur Umwelt müssen die Auswirkungen der dort seit 1944 stattfindenden Tätigkeiten stets im Rahmen der Radioökologie sowie der Bereiche Gesundheit, Sicherheit und Umweltschutz überwacht werden. An dem Standort werden auch radioaktive Abfälle entsorgt und behandelt. Dabei handelt es sich sowohl um feste als auch um flüssige schwach-, mittel- und hochradioaktive Abfälle. In den 2000er Jahren wurde dann der Nuclear Fuel Waste Act erlassen, und im Jahr 2007 die Nuclear Waste Management Organization (NWMO) gegründet, welche sich dem Thema Atommüll annimmt.[3]
Die AECL gab c. 2004 bekannt, dass die Reinigung der Chalk River Laboratories in den nächsten 300 Jahren schätzungsweise 2,6 Milliarden Dollar kosten würde. Die kanadische Regierung wies AECL in den vergangenen 50 Jahren 17,5 Milliarden Dollar zu, um das Programm zur Forschung und zum Design der CANDU-Reaktoren zu betreiben.[27]
Proliferation
Das CANDU-Reaktordesign wurde in den frühen 1970er Jahren mit der Anlage Rajasthan-1 erstmals nach Indien exportiert. Das CANDU-Design wurde ebenfalls am Standort Bhabha Atomic Research Centre (BARC) in Gestalt eines Forschungsreaktors exportiert. Es wird vermutet, was jedoch vonseiten der indischen Regierung nie offiziell bestätigt oder dementiert wurde, dass Indien mittels dem Reaktor (vgl. die Reaktoren CIRUS und später DHRUVA) am BARC spaltbares Material (viz. Plutonium) für sein erstes „friedliches“ nukleares explosives Gerät (vgl. Smiling-Buddha) produziert und verwendet hat. Weitere Tests erfolgten, neben den Atomtests von Pakistan, im Jahr 1998.[28] Diese Tatsache hat die Weltgemeinschaft schockiert, da die Verbreitung von Kernmaterial für nichtzivile Zwecke (sprich: Atomwaffen) durch den 1968 geschlossenen Nichtverbreitungsvertrag geregelt werden sollte.[29] Beide Nationen zählen heute zu den Staaten im Besitz von Kernwaffen und betreiben eigene Atomstreitkräfte.
Literatur
- Margaret Gowing: Britain and Atomic Energy 1939–1945. Macmillan & Co ; St Martin’s Press, London ; New York 1964 (englisch, archive.org).
- Wilfrid Eggleston: Canada’s Nuclear Story. Harrap Research Publications, London 1966 (englisch, archive.org).
- Susan Colbourn, Timothy A. Sayle (Hrsg.): The Nuclear North. Histories of Canada in the Atomic Age (= C. D. Howe series in Canadian political history). UBC Press, Vancouver Toronto 2020, ISBN 978-0-7748-6398-8.
- Einige Forschungsarbeiten der Wissenschaftler der CNL-Verbundlabore werden im hauseigenen Canadian Nuclear Review (CNR) publiziert.[30]
Weblinks
- Canadian Nuclear Laboratories (CNL). Abgerufen am 17. Dezember 2025 (englisch).