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Glasfasersensoren können Risse in Atommüllbehältern frühzeitig erkennen
Abgebrannte Brennelemente müssen in verschlossenen Stahlbehältern über Jahrzehnte sicher gelagert werden. Korrosion kann deren Wände langfristig angreifen, doch direkte Inspektionen sind aufwendig. Bei einem Feldtest in den USA haben Glasfasersensoren künstlich erzeugte Schallsignale an einem Modellkanister erkannt und lokalisiert. Ob dies auch bei echten, entstehenden Rissen zuverlässig gelingt, ist noch offen.
Pittsburgh (U.S.A.). Auch nachdem abgebrannte Brennelemente im Wasserbecken abgekühlt sind, geben sie weiterhin Wärme ab. In vielen Zwischenlagern werden sie deshalb in verschlossene Stahlkanister eingebracht, die von einer schützenden Hülle aus Beton oder Stahl umgeben sind. Belüftungsöffnungen dienen der Wärmeabfuhr, können an Küstenstandorten aber auch salzhaltige Luft an die Behälter gelangen lassen.
Auf lange Sicht kann dies Korrosion und unter ungünstigen Bedingungen Spannungsrisse im Stahl begünstigen. Zur Überprüfung kommen bereits Sichtkontrollen sowie Wirbelstrom- und Ultraschallverfahren zum Einsatz. Solche Inspektionen erfolgen meist in größeren Abständen und erfordern jeweils spezielle Ausrüstung. Eine fortlaufende akustische Überwachung könnte verdächtige Veränderungen zwischen diesen Prüfungen sichtbar machen, ohne dass die verschlossenen Kanister geöffnet werden müssen.
Forscher der University of Pittsburgh (Pitt) um Dr. Khurram Naeem entwickeln dafür eine Glasfasertechnik, die Schwingungen an der Oberfläche eines Stahlbehälters erfasst. Eine bereits 2025 veröffentlichte Konferenzarbeit aus dem Team zeigte an einem Teilmodell, dass sich künstliche Veränderungen einer Schweißnaht mithilfe gezielt angeregter Ultraschallwellen erkennen lassen. Der jüngste Feldtest untersuchte einen weiteren wichtigen Schritt, nämlich die Erkennung und Ortung kurzer Schallereignisse.
Vom 8. bis 11. September 2026 hat das Team das System am Idaho National Laboratory (INL) in Idaho Falls erprobt. Die Forscher befestigten mehrere Glasfasersensoren in verschiedenen Anordnungen außen an einem Modellbehälter. Schwingungen verändern die optischen Signale in den Fasern, sodass ein angeschlossenes Messgerät die akustischen Ereignisse auswerten kann.
Als kontrollierte Schallquelle dienten sogenannte Bleistiftminenbruch-Tests. Dabei wird eine auf eine feste Oberfläche gedrückte Mine abgebrochen, wodurch ein kurzer, gut reproduzierbarer Schallimpuls entsteht. Dieses Verfahren ist in der zerstörungsfreien Materialprüfung etabliert. Es stellt aber keine tatsächliche Korrosion und keine Rissbildung im Behälter nach.
Nach Angaben der Universität registrierte die Anlage bei den Versuchen akustische Schwingungen unterschiedlicher Stärke und konnte die Quelle der Impulse lokalisieren. Das Team berichtet außerdem, Signale mit Frequenzen von mehr als 100 Kilohertz erfasst zu haben. Zum Vergleich nennt es für viele herkömmliche Systeme eine Grenze von rund 20 Kilohertz. Ein standardisierter Vergleich der Erkennungszuverlässigkeit unter identischen Bedingungen liegt jedoch nicht vor.
„Durch eine Reihe von Tests mit brechenden Bleistiftminen haben wir gezeigt, dass die Technik den Schall erkennen und seine Quelle orten kann“, erklärt Dr. Khurram Naeem.
Der Versuch zeigt damit zunächst, dass die Sensorik auch außerhalb des Labors künstlich erzeugte Schallimpulse aufnimmt. Ob sie beginnende Korrosion oder winzige Risse von harmlosen Umgebungsgeräuschen unterscheiden kann, wurde in der veröffentlichten Feldtestmeldung nicht nachgewiesen. Auch Trefferquoten, Fehlalarmraten und langfristige Messstabilität werden dort nicht angegeben.
Eine weitere Herausforderung ist die Befestigung der empfindlichen Fasern auf dem Stahl. Das Team hat deshalb verschiedene Klebeverfahren erprobt, mit denen die Sensoren möglichst über Jahre an den Behältern halten sollen. Wie belastbar diese Verbindungen bei wechselnden Temperaturen, hoher Strahlenbelastung und langjährigem Betrieb sind, müssen weitere Untersuchungen zeigen. Die neuen Versuche fanden an einem Mod