Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz

Die Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (nach dem deutschen Kernphysiker Heinz Maier-Leibnitz; auch Forschungsreaktor München II, kurz FRM II) in Garching bei München ist mit einer thermischen Nennleistung von 20 MW der leistungsstärkste deutsche Forschungsreaktor. FRM II gilt als Nachfolger des Forschungsreaktor München (FRM). Der Reaktor wird von der Technischen Universität München als zentrale wissenschaftliche Einrichtung betrieben, die keiner Fakultät zugeordnet ist. Die erzeugten Neutronen werden hauptsächlich für die Grundlagenforschung in Physik, Chemie, Biologie und Materialwissenschaften verwendet. Geschichte Die Grundsatzentscheidung für den Neubau eines Forschungsreaktors wurde vorbereitet, als 1985 Pläne zum Bau einer nationalen Spallationsneutronenquelle scheiterten. 1981 wurde mit Vorstudien für einen Kompaktkern für eine neue Mittelflussquelle begonnen, ab 1984 standen Projektmittel zur Verfügung. 1989 bis 1992 erfolgte die Begutachtung, zuletzt durch den Wissenschaftsrat, der den Bau des FRM II mit hoher Priorität empfahl.: Antwort der Bundesregierung.

Die Entscheidung zum Bau des FRM II wurde von verschiedenen Seiten aus verschiedenen Gründen kritisiert. Seit Erteilung der 1. Teilerrichtungsgenehmigung am 29. April 1996 wurde jede einzelne Genehmigung gerichtlich angefochten;OÖ überparteiliche Plattform gegen Atomgefahr: Pressemitteilung, 22. August 2003. alle Einsprüche wurden jedoch letztinstanzlich abgewiesen. Ein von Gegnern 2003 initiierter Bürgerentscheid, mit dem eine knappe Mehrheit der Garchinger ihre Stadtverwaltung aufforderte, gegen die Inbetriebnahme des Reaktors einzutreten, hatte keine nachhaltige Wirkung. Nach Ausreizen aller gesetzlichen Prüfungsmöglichkeiten musste der damalige Bundesumweltminister Jürgen Trittin (der die Bundesaufsicht über das eigentlich für den Vollzug des Atomrechts zuständige Land Bayern ausübte) am 2. Mai 2003 letztlich die 3. Teilerrichtungsgenehmigung, die im Wesentlichen aus der Betriebsgenehmigung besteht, abzeichnen.

Neben Sicherheitsbedenken (Austritt von Strahlung oder Kernschmelze) wurde vor allem die besondere Gefährdung durch die Nähe (etwa 10 km) zum Münchner Flughafen genannt. Um dieser Gefährdung zu begegnen, wurde die Reaktorhalle mit einer 1,8 Meter dicken Betonwand und -decke gebaut. Nachdem die Bauentscheidung gefallen war, konzentrierte sich die Kritik auf die Verwendung von hochangereichertem und damit, wenn es aus der vorliegenden U3Si2-Verbindung isoliert werden kann, atomwaffentauglichem Uran. Die derzeit gültige Betriebsgenehmigung enthält die Auflage, mittelfristig auf einen noch zu entwickelnden Brennstoff umzustellen, der durch noch höhere chemische Urandichte einen niedrigeren nuklearen Anreicherungsgrad ermöglicht. Derzeit wird dazu insbesondere an Uran-Molybdän-Verbindungen geforscht.

Der Reaktor wurde von der Siemens AG gebaut und kostete über 400 Millionen Euro. Er wurde am 2. März 2004 erstmals angefahren und erreichte am 24. August 2004 die Nennleistung von 20 MW. Im April 2005 wurde er formell von Siemens an die TU München übergeben und anschließend in den Routinebetrieb überführt.

Betriebspause Zwischen März 2019 und Januar 2020 war der Reaktor außer Betrieb, da kein Brennstoff zur Verfügung stand. Die in Frankreich bei AREVA gefertigten Brennelemente standen dort zwar bereit, durften aber wegen geänderter Transportbestimmungen nicht geliefert werden. Dabei ging es weniger um Risiken durch Radioaktivität, als um terroristische Sicherheitsrisiken beim Transport des hochangereicherten Brennstoffs.

Im Dezember 2019 wurde durch eine Sondergenehmigung schließlich die Anlieferung der vier Brennelemente ermöglicht und der Reaktor wurde am 13. Januar 2020 wieder angefahren. Am Ende dieses 47. Zyklus (planmäßiges Abfahren am 16. März 2020) kam es erneut zu einer ungeplanten Betriebspause: Das Wiederanfahren für den Folgezyklus wurde erst durch ein meldepflichtiges Ereignis (Überschreitung des Jahresgenehmigungswertes für die Ableitung des Nuklids C-14) verzögert und schließlich aufgrund der Coronapandemie zunächst auf unbestimmte Zeit verschoben, da die deutschen Einreisebestimmungen eine Anreise der zumeist internationalen Wissenschaftlergruppen nicht zuließen. Weitere technische Probleme bei einer Versuchseinrichtung (Kalte Neutronenquelle), die ausgebaut werden musste, sowie eine Leckage im Zentralkanal, in dem sich das Brennelement befindet, führten dazu, dass der Reaktor frühestens im Sommer 2024 wieder in Betrieb gehen kann. Anfang 2025 meldete der Verein Deutscher Ingenieure, dass der Reaktor voraussichtlich Ende 2025 nach 5-jährigem Stillstand wieder angefahren werden solle. Stand Ende 2025 kann nach Angaben des Wissenschaftsministeriums auf eine Anfrage der Grünen im bayerischen Landtag „zum aktuellen Zeitpunkt noch keine definitive Auskunft über den Zeitpunkt der erneuten Inbetriebnahme der Anlage erfolgen“. Hintergrund sind Lieferprobleme für den Zentralkanal der Anlage.

Ersatz für hochangereichertes Uran Gemäß der 3. Teilerrichtungsgenehmigung ist der Betrieb des FRM II mit hochangereichertem Uran nur solange zulässig, bis ein Ersatz durch niedriger angereicherten Brennstoff ohne wesentliche Einbußen im Neutronenfluss möglich ist. Gleichzeitig ist der FRM II aber auch verpflichtet, Möglichkeiten für eine derartige Umrüstung zu erforschen und eine Umrüstung auf niedriger angereichertes Material durchzuführen, sobald diese möglich ist, ohne die wissenschaftliche Nutzung als Hochfluss-Neutronenquelle zu gefährden. Als anzustrebender Zeitpunkt war in einer Bund-Länder-Vereinbarung ursprünglich Ende 2010 festgelegt, was aufgrund der fehlenden technischen Möglichkeiten zweimal verschoben wurde (2018 bzw. 2025). Als Zielanreicherung ist in der Vereinbarung ein Wert „kleiner 50% Anreicherung“ benannt, was rechtlich immer noch hochangereichertes Uran wäre.

Die seit 2004 stattfindende Forschung nach neuem Brennstoff mit geringer Anreicherung für den FRM II hatte bis zum Jahr 2014 nur mögliche Alternativen für den Reaktor ergeben. Die Forschung findet in Zusammenarbeit mit den Betreibern der Hochleistungsforschungsreaktoren in Europa (SCK-CEN, ILL und CEA) und dem Brennelement-Hersteller Framatome-CERCA statt. Dies erfolgt weiter in enger Abstimmung mit Partnern aus den USA und Korea.

Wegen der räumlichen Begrenzung für einen Kernumbau kann eine niedrigere Anreicherung nur durch die Erhöhung der Urandichte erreicht werden. Es existierten drei vielversprechende Brennstoffkandidaten, die sich maßgeblich in der möglichen Urandichte unterscheiden. Es bestehen inzwischen praktikable Ansätze für die Fertigung niedriger angereicherter (<50 %) Brennelemente. Ein monolithischer Prototyp des U-Mo-Brennstoffs mit einer Anreichung von 19,75 % steht seit Anfang 2021 für Bestrahlungsversuche zur Verfügung, die für die Zulassung notwendig sind. Es ist geplant, 2025 einen Genehmigungsantrag für die Umrüstung einzureichen.

2021 wurde vom BUND beim Bayerischen Verwaltungsgerichtshof (VGH) eine Klage gegen die Genehmigungsbehörde, das Bayerische Umweltministerium, eingereicht mit dem Ziel, einen Widerruf der Betriebsgenehmigung zu erreichen. Hauptargument der Kläger war die Nichteinhaltung des Umrüstungstermins in der ersten Fassung der Bund-Länder-Vereinbarung. Diese Klage wurde am 19. Juni 2024 vom VGH abgewiesen mit Verweis auf die Einschränkung in der 3. Teilerrichtungsgenehmigung, die eine Umrüstung nur verpflichtend macht, wenn dies ohne wesentlichen Verlust an Neutronenfluss möglich ist. Das Bundesverwaltungsgericht wies im Dezember 2025 eine Beschwerde gegen die Nichtzulassung der Revision ab.

Baulichkeiten mini|FRM I (Atomei) und FRM II im Hintergrund Der Reaktor liegt auf dem Campus der TU München in unmittelbarer Nähe östlich seines Vorgängers, des ersten deutschen Forschungsreaktors FRM-I (in Betrieb 1957–2000). Der unter Denkmalschutz stehende markante Kuppelbau des FRM-I, bekannt geworden als „Garchinger Atomei“, dient nun teilweise als Erweiterung der Neutronenleiterhalle des FRM II. Das Areal ist baulich durch einen massiven Zaun vom Rest des Campus getrennt. Ein ursprünglich vorhandener Wassergraben wurde zurückgebaut.

Baulich besteht der FRM II aus dem Reaktorgebäude, das die sogenannte Experimentierhalle beherbergt, einer Neutronenleiterhalle und Nebengebäuden mit Büros, Werkstätten und Laboren. Das Reaktorgebäude, das eine quadratische Grundfläche mit 42 m Kantenlänge hat und 30 m hoch ist, enthält den eigentlichen Kernreaktor sowie die um diesen herumliegende „Experimentierhalle“ mit verschiedenen Einrichtungen, die über Strahlrohre mit Neutronen versorgt werden. Die Neutronenleiterhalle, ein 55 × 30 m² großer Anbau, wird über Neutronenleiter mit Neutronen versorgt. In Zukunft werden auch in der sogenannten „Neutronenleiterhalle Ost“ weitere Experimente untergebracht, die vom Reaktor über Neutronenleiter, die durch speziell vorgesehene Öffnungen in der Außenwand des Reaktorgebäudes geführt werden, mit Neutronen versorgt werden.

Ein zusätzliches Gebäude, das Industrielle Anwenderzentrum (IAZ) auf dem Gelände des FRM II, wird von der radiochemischen Industrie zur Herstellung von Radiopharmaka genutzt.

Darüber hinaus befinden sich weitere, meist ältere Gebäude auf dem Areal, die noch aus Zeiten des FRM-I oder der Bauphase stammen. Diese beherbergen neben einem Zyklotron und Werkstätten hauptsächlich Büros.

Anlagensicherheit

Neben einer ständigen Bewachung und regelmäßigen Kontrollen verfügt der Reaktor über ein inhärentes Sicherheitselement: bedingt durch die Konstruktion des Brennelementes geht die Anlage bei Störungen von selbst in einen stabilen Betriebszustand über. Hierunter fallen unter anderem ein negativer Temperaturkoeffizient der Reaktivität sowohl für den Brennstoff als auch das Kühlmittel und ein negativer lokaler Blasenkoeffizient. Auch eine Vermischung von Leicht- und Schwerwasser, im Kühlkanal oder im Moderatortank, führt zu einer physikalisch bedingten Abschaltung des Reaktors.

Dazu kommen aktive Sicherheitseinrichtungen wie fünf magnetisch an Federn aufgehängte Abschaltstäbe aus Hafnium, die bei Unregelmäßigkeiten im Betrieb sofort in die Nähe des Brennelementes geschossen werden und den Reaktor abschalten (Reaktorschnellabschaltung). Im Falle des Verlustes des Regelstabes würden vier der fünf Abschaltstäbe ausreichen, den Reaktor abzuschalten.

Insbesondere nach den Anschlägen vom 11. September 2001 wurden nochmals Berechnungen durchgeführt, die die Sicherheit des FRM II hinsichtlich des Absturzes schneller Militärmaschinen, großer Verkehrsflugzeuge und eines Kerosinbrandes bestätigen. Vor der Erteilung der Betriebsgenehmigung wurde von unabhängigen Gutachtern eine Vielzahl möglicher Unfälle untersucht, so dass die Sicherheit der Anlage letztendlich von der zuständigen Aufsichtsbehörde bestätigt wurde.

Hinsichtlich der Bedenken bezüglich einer erhöhten Strahlendosis im Umfeld des FRM II ergaben Messungen und Berechnungen für die bewohnte Umgebung eine zusätzliche effektive Strahlendosis, die weniger als 0,01 % der Belastung durch natürliche Radioaktivität beträgt. Auch das Lüftungssystem des FRM II ist ein nahezu geschlossenes System, in dem die Luft über Filter gereinigt wird. Lediglich ein geringer Bruchteil wird nach einer Filterung an die Umgebung abgegeben. Die Abgabe wird gemessen und dokumentiert und ist über die Webseite des Bayerischen Landesamtes für Umwelt abrufbar.

Die Sicherheitsauflagen für den Reaktor sind ein Grund dafür, dass die TU München auf dem Garchinger Campus eine eigenständige Universitätsfeuerwehr unterhält.

Kerntechnik und Kühlung