University of Stuttgart - Institute for Nuclear Energy and Energy Systems (IKE)

Acquiring and developing the skills of students and doctoral candidates is the guiding principle of the staff at the Institute of Nuclear Energy and Energy Systems (IKE) at the University of Stuttgart. In a mix of classic nuclear energy technology, reactor safety research and innovative methods, the audience is introduced to the "fascination of nuclear technology".

Initial situation for nuclear technology in Germany

"Do we still need nuclear engineering chairs and research into reactor safety? Hasn't this been done with the shutdown of the last power reactors? I'm getting these questions a lot again at the moment," explains Prof Jörg Starflinger, Managing Director of the Institute of Nuclear Power and Energy Systems at the University of Stuttgart. "And my answer is always: Yes, of course we need it!" The background to this assessment is the shortage of skilled labour, which is also clearly noticeable in academia. The number of engineering students at the University of Stuttgart is declining significantly. A steady stream of graduates is needed to fill vacancies in the nuclear industry. Decommissioning and dismantling will certainly continue to be important topics for another 30 years. From a strategic perspective, a viable national concept for the further development of skills in nuclear technology is required to assess the development of new plants in our neighbouring European countries. In the long term, relevant expertise that cannot simply be stored in databases must be continued and constantly developed in line with the current international state of research and science until a final repository is closed. The latter in particular is a societal, cross-generational task that must be mastered jointly by all key players. This also requires the continuous training and development of future experts with the involvement of research and development, industry, expert organisations and supervisory authorities. The IKE is available for this important social task.

Nuclear technology teaching

Teaching consists of the fundamentals of nuclear technology and further specialisations. In addition to the lectures Nuclear facilities for power generation, in der der Aufbau und die Funktion von Kernkraftwerken (inkl. Gen III+, Gen IV, SMR und MMR-Anlagen) erläutert werden, können Studierende ihre Kenntnisse in den Vorlesungen Reactor physics and safety, Modelling of nuclear facilities and Radiation protection deepen. In Probabilistic and Monte Carlo methods students are familiarised with current methods for sensitivity and uncertainty analyses, such as those used in the GRS code SUSA. Interestingly, this lecture is attended by many aerospace engineering students at the University of Stuttgart, who see it as a valuable addition to their curriculum.

Internship at the SUR-100 of the University of Stuttgart. Photo: Nelson Rincon, IKE

Neu hinzugekommen ist die Vorlesung Nuclear Wastefor the English-language WASTE degree programme and as an offer for students of environmental engineering. Furthermore, a German-language lecture Nuclear waste - where to put it? für Nicht-MINT-Studierende im letzten Wintersemester erstmalig angeboten worden. Studierende der Fächer Geschichte und Architektur waren die ersten Teilnehmer dieser Vorlesung, die ausgebaut werden wird und ggf. im „Studium Generale“ wissenschaftlich interessierte Personen außerhalb der Universität über radioaktive Abfälle, Entsorgungs- und Endlagerkonzepte informieren soll.

As a teaching export, the IKE provides biomedical engineering students at the universities of Tübingen and Stuttgart with knowledge about Radioactivity and radiation protection and Basics of medical radiation technology. The latter lecture serves as an introduction to the lecture "Fundamentals of therapy with ionising radiation", which is held by the medical physicist of the Robert Bosch Hospital and the Marienhospital Stuttgart.

Internships at the Siemens teaching reactor (SUR-100)

Zu allen Studiengängen gehören Praktika. Das IKE bietet mit seinem Siemens Unterrichtsreaktor (SUR-100), einem Nullleistungsreaktor mit 100 mW Nennleistung am Standort Stuttgart, praktische Experimente an einem Kernreaktor an. Beispielsweise kann der Neutronenflussverlauf im SUR an der Tafel hergeleitet, oder eben am Reaktor direkt gemessen werden. Eine solche Experimentiereinrichtung ist die ideale Ergänzung zum Tafelanschrieb und unterstützt somit den Lernerfolg. Weiterhin können Aktivierungsversuche durchgeführt und beispielsweise Halbwertzeiten bestimmt werden. Mit dem vorhandenen Gamma-Spektrometer können nach Aktivierung im SUR-100 Inhaltsstoffe von Substanzen identifiziert werden. So entdecken Studierende immer wieder in den Integrierten Schaltkreisen der 80er Jahre neben Silizium, Kupfer sowie Gold und Silber. Ein aktuelles Projekt ist ein Versuchsaufbau zur Herstellung von Technetium 99 aus Molybdän 98. Den Studierenden der Medizintechnik soll ein Weg der Herstellung dieses wichtigen Radiopharmakons praktisch erläutert werden. Der Lernerfolg mit diesen praktischen Versuchen ist viel größer als nur mit Theorie.

Innovative research topics

According to Humboldt's educational ideal, teaching and research at a university are inextricably linked. In keeping with this ideal, research work is carried out at the IKE on very current topics, of which only two examples should be mentioned here: Passive heat dissipation and artificial intelligence. All topics are usually dealt with by doctoral students who build up or improve their knowledge and skills by working on the scientific topics. This makes them very interesting for the labour market, unfortunately often also outside of nuclear technology. Project funding is provided by the federal ministries and the EU, not by industrial contracts.

Passive residual heat removal ist durch den Unfall in Fukushima in den Fokus der Reaktorsicherheitsforschung gerückt. Hierbei stellt sich die Frage, wie die Nachwärme bei Ausfall der Not- und Nachkühlkette und einer zerstörten Infrastruktur (kein Zugang für externe Maßnahmen) abgeführt werden kann. Ein von der EU gefördertes Projekt bewertet den möglichen Einsatz eines autarken, selbst-startenden, sehr kompakten, nachrüstbaren Nachwärmeabfuhrsystems mit überkritischem Kohlenstoffdioxid als Arbeitsmittel (sCO2-4-NPP). Für einen generischen KONVOI konnte gezeigt werden, dass 4 solcher Kreisläufe die Nachzerfallswärme verlässlich abführen können. Ein weiteres Projekt ist die passive Kühlung von Nasslagern mittels Heat Pipes (PALAWERO 2, BMWi (heute BMUV), Förderkennzeichen: FKZ 1501515). Die im Heat Pipe vorhandene Flüssigkeit verdampft in der Verdampfungszone und transportiert die Wärme zur Kondensationszone, meist am oberen Ende der Heat Pipes um Auftriebskräfte bei der Verdampfung zu nutzen. Die Wärme wird beispielsweise an die Umgebungsluft abgegeben, was die Abhängigkeit der Wasserbevorratung verringert. Sog. Loop-Heat Pipes können auch zur sicheren passiven Nachwärmeabfuhr bei neuen SMR-Designs dienen (siehe EU Projekt PASTELS). Mehr Beispiele finden sich auf der IKE-Website: www.ike.uni-stuttgart.de/forschung/forschungsprojekte

Artificial intelligence (AI) ist ein weiteres Zukunftsthema in der Kerntechnik. Hierbei geht es weniger um die Formulierung von Texten, sondern darum, wie eine KI dahingehend trainiert werden kann, dass hoch-komplexe, rechenzeitintensive Simulationsvorgänge, wie beispielsweise die späte Störfallphase, mit vernünftigem Ressourcenaufwand durchgeführt werden können. Nicht allen steht ein Großrechner zur Verfügung. Dazu haben sich neben dem IKE das Institute für parallele und Verteilte Systeme der Uni Stuttgart und die Arbeitsgruppe Plant Simulation and Safety der Ruhr Universität Bochum zusammengeschlossen, um aus einer sehr umfangreichen Datenbasis, die beide kerntechnische Institute besitzen, mit Hilfe von KIs rechenzeitgünstige, aber durch die Datenmenge hinsichtlich der Gültigkeit abgesicherte Modelle (sog. Surrogatmodelle) abzuleiten, die dann in thermohydraulischen Systemcodes, wie ATHLET der GRS, verwendet werden können. Das Projekt wird vom BMBF gefördert (FKZ: 02NUK078). Auch hier steht neben dem wissenschaftlichen Ziel die Kompetenzentwicklung von Promovierenden, die von engagierten Studierenden unterstützt werden, im Vordergrund.

Future in research and teaching?

Consider the following question: Given that there may not be a final repository for heat-generating waste until 2079 or even much later (see atw 03/2023), who will actually still be carrying out a criticality analysis for the fuel elements in the CASTOR© casks in 2050 according to the (then) current state of science and technology? Knowledge cannot be stored. You store data and information. Knowledge is generated by constantly working with data and facts. Experience (expertise) is gained from knowledge that is applied correctly and, even better, incorrectly.

We generate knowledge through projects, whether national or international. Knowledge is passed on at universities and colleges by teaching students to work scientifically with facts and data. Who is supposed to do this if there is a risk that universities will close their nuclear technology institutes in line with political expectations? The very good, strategic junior researcher programmes of the BMBF and BMWi (now BMUV) with their targeted funding of junior research groups will then come to nothing. The question of "Teaching and lecturers 2030" must now be clarified with the involvement of the federal and state governments. Perhaps it is even time for a "nuclear academy"?

University of Stuttgart
Campus Vaihingen
Pfaffenwaldring
70569 Stuttgart

www.ike.uni-stuttgart.de

Prof. Dr.-Ing. Jörg Starflinger
Managing Director
Institute for Nuclear Energy and Energy Systems

+49 711 685 62138
institut@ike.uni-stuttgart.de

Technical University of Munich - TUM Centre for Nuclear Safety and Innovation (TUM.CNSI)

 TUM.CNSI's motto "Maintaining expertise through research" summarises our mission and motivation in three words. We are convinced that nuclear technology is more than just a bridging technology, that it already provides solutions to existential problems and that it will make a decisive contribution to successfully mastering the challenges of the coming decades. However, this is only possible if the current open questions are tackled by motivated research projects. We are convinced that universities are the ideal institutions for this. Nuclear technology is almost irreplaceable, particularly in the urgently needed decarbonisation process, and the same applies to the development of state-of-the-art drugs for cancer diagnostics and therapy. Active research on the one hand and the transfer of the necessary expertise to motivated students and young scientists on the other has been one of the main cornerstones of TUM.CNSI since its foundation in 2021. 

Nuclear energy - taking stock 

Despite the completed phase-out of the use of nuclear energy for the commercial generation of electricity in Germany, nuclear technology will continue to play an important role in Germany as a centre of science and research due to its wide range of applications. It is used in numerous areas, such as materials testing, basic research and the production of radiopharmaceuticals. A small number of research reactors and radiochemical facilities play a key role in the global supply of radiopharmaceuticals such as technetium-99m. Nuclear technology expertise is also fundamental to radiation research and radiation protection. The decommissioning and dismantling of existing nuclear facilities in Germany and the search for, qualification and commissioning of final storage sites for radioactive waste will also continue for decades to come. At the same time, the vast majority of European and international industrialised societies view nuclear energy much more favourably, particularly with regard to its positive contribution to climate and environmental protection. There are currently 50 nuclear reactors under construction worldwide. 

In the first half of the 21st century and beyond, extensive expertise and application experience in the nuclear field will therefore continue to be required in Germany. In addition, it is in Germany's own security interests to have expertise in nuclear security in order to be able to actively contribute this internationally. This expertise explicitly refers not only to the preservation of knowledge already acquired. With regard to the development and implementation of new reactor concepts in other European and non-European countries, Germany must also conduct its own research in order to be able to discuss and argue internationally on an equal footing.

Garching reactors - the nuclear beginning and end in Germany  

While the Munich Research Reactor (FRM) heralded the beginning of the reactor age in Germany in 1957, it is expected to come to an end towards the end of the 21st century with the shutdown of the Heinz Maier-Leibnitz Research Neutron Source (FRM II). Both reactors have had a lasting impact on the Garching site and nuclear research and teaching at TUM is historically closely interwoven with the FRM II in particular. As a conversion to a fuel with lower enrichment was planned and politically anchored from the very beginning, the High Density Nuclear Fuel / Reactor Physics working group was founded in 2003. It develops the new nuclear fuel required for the conversion and realistic, theoretical conversion scenarios. Since 2013, it has been operating a nuclear fuel laboratory, the only one of its kind in Germany, for the research and development of new, high-density nuclear fuels for research reactors. As a result of these long-standing efforts, it was demonstrated in 2022 that it is scientifically possible to convert the FRM II to a low-enriched fuel element using a new type of monolithic uranium-molybdenum fuel and geometric modifications. This lays the foundations for the long-term continued operation of the Garching neutron source.

Pooling expertise - founding of TUM.CNSI

As of this year, TUM is the only operator of a nuclear reactor in regular operation with a significant thermal output and, with Radiochemistry Munich (RCM) and the Chair of Nuclear Technology located in the immediate vicinity, also has a portfolio of nuclear technology skills that is unique for a university in Germany. It was therefore a logical step to bring together the existing expertise on campus under a common name, so that in 2021 the TUM Centre for Nuclear Safety and Innovation (TUM.CNSI) was founded. The expertise available at TUM is bundled into thematic areas so that research projects can be dealt with on an interdisciplinary basis. These include, for example, the development of new reactor concepts, new solutions for the processing and disposal of nuclear waste and the development of new medical radioisotopes.

Unrivalled infrastructure - laboratories and computing clusters

A major focus of TUM.CNSI at the FRM II is on applied research, which is carried out in various laboratories. In particular, research into monolithic uranium-molybdenum fuels (U-Mo) is currently a central research topic, as only these have the necessary uranium density to convert the FRM II to low enriched uranium (LEU). The nuclear fuel laboratory has several gloveboxes in which uranium in various forms can be handled openly. The research work is carried out in close co-operation with national and international partners and, although motivated in particular by the conversion of the FRM II, there are also other potential application scenarios, e.g. for so-called Small Modular Reactors (SMRs). Furthermore, the experimental capacities of TUM.CNSI are being continuously expanded. For example, the nuclear fuel laboratory has been significantly upgraded by doubling its floor space, and its analytical capabilities have also been significantly improved by the installation of an FIB-SEM with EDX and EBSD detectors, among other things. An application is currently being prepared to extend the licence to include the handling of thorium, which can be used as fuel for various alternative reactor concepts.

The second, central pillar is the theoretical development of new reactor models, such as an LEU core for the FRM II. State-of-the-art computer programmes are used here, such as Serpent 2 for neutronics, Stromfaden and Computational Fluid Dynamics (CFD) codes for thermo-hydraulics as well as various mechanics programmes. TUM.CNSI has several computer clusters with a total of 2900 CPUs and a GPU cluster at its disposal in order to be able to carry out the necessary calculations and to take the size of the group into account. Here too, the capacities of both systems are currently being significantly expanded.

The conversion of the FRM II, but also new reactor concepts, benefit from the qualification of CFD programmes for nuclear applications. The gold standard for this is the comparison of theoretical calculations with experimental data. The latter are only available in very limited quantities for high-performance research reactors, which is why a second laboratory is currently being set up for the specific purpose of validating calculation methods. In this laboratory, a new hydraulic test rig is being set up in which heat transfer phenomena and turbulence models can be investigated under reactor conditions. In addition, TUM.CNSI has access to the hydraulic laboratory, the research reactor and the hot cells at McMaster University in Hamilton, Canada, and can thus round off the experimental portfolio.

Teaching and research as a guarantee for expertise

Knowledge and expertise can only be maintained through active research and training. TUM.CNSI and its individual partners have been making a significant contribution to this at TUM for years. The lectures in particular, which are supervised by TUM.CNSI, attract many students to nuclear research. The Reactor Physics I & II lectures are particularly successful, each with more than 50 students. Both lectures are complemented by the other courses "Radiation and radiation protection", "Introduction to nuclear energy", "Fundamentals and thermohydraulic analysis of power plants" and "Fundamentals of nuclear technology". The diverse range of topics that had and still have to be dealt with as part of the conversion of the FRM II makes this one of the most successful programmes for nuclear technology training in Germany. By awarding theses, TUM.CNSI can also offer students long-term and, above all, application-related training opportunities. Students also benefit from the close cooperation with Canada and its active civil nuclear programme. Through the exchange, students can, for example, participate in the development and construction of an SMR or in irradiation experiments.

Future challenges: Funding and distribution of subsidies

The so-called "nuclear phase-out" also poses major challenges for TUM.CNSI. In particular, the reduction in available funding and its uneven distribution to those involved in nuclear technology raises the question of whether the excellent conditions that have characterised research and teaching at TUM in the past can be preserved for the future. This question is of an existential nature and requires courageous and swift action on the part of all those involved. However, due to the existing support, we are optimistic that a sustainable answer will be found and that nuclear research and development at TUM can not only be secured, but also expanded. Thanks to the facilities present on the Garching campus, TUM has all the prerequisites to maintain its outstanding position in nuclear technology education in Germany in the future.

Heinz Maier-Leibnitz Research Neutron Source (FRM II)
Technical University of Munich
Lichtenbergstr. 1
85748 Garching

www.frm2.tum.de  |  www.mlz-garching.de

Dr rer. nat. Tobias Chemnitz
tobias.chemnitz@tum.de

Dr rer. nat. Christian Reiter
Christian.Reiter@frm2.tu-muenchen.de

The Karlsruhe Institute of Technology (KIT)

The Karlsruhe Institute of Technology (KIT) is "The Research University in the Helmholtz Association". As the only German university of excellence with large-scale national research, we offer our students, researchers and employees unrivalled learning, teaching and working conditions. The roots of the university education centre go back to the year 1825. KIT took its present form when the University of Karlsruhe (TH) and the Karlsruhe Research Centre merged in 2009.

The Nuclear Waste Management, Safety and Radiation Research Programme (NUSAFE) at KIT is part of the NUSAFE programme in the Helmholtz Association's Energy research field and stands for societal precautionary research into nuclear safety.

The Safety assessment of nuclear reactors and the Protection of the population and our environment from radiation exposure are strategic, long-term goals of NUSAFE precautionary research - even after the end of nuclear power generation in Germany. Internationally, nuclear energy has a long-term perspective: countries such as China, South Korea, Japan and the USA are building new nuclear power plants, and European neighbours such as France and Finland are also continuing to rely on nuclear energy.

Disposing of radioactive waste responsibly and storing it safely in a repository will remain a challenge for a very long time. The Safety of a repository system must be proven by law for a period of one million years. The NUSAFE programme conducts research into the final disposal of radioactive waste. One focus is on fundamental processes that have a relevant influence on long-term safety. We are investigating how radioactive waste changes and behaves over time and how so-called radionuclides - i.e. radioactive elements - can be safely stored in repositories. We are also investigating which steps are still required: What needs to be considered when dismantling nuclear facilities? How should problematic (special) waste types be handled? What additional issues arise from the foreseeable extended interim storage of spent fuel elements? How should nuclear material monitoring be organised?

In order to answer these questions, we Unrivalled laboratory infrastructure and thus create the necessary conditions for excellent nuclear safety research. We are also intensively dedicated to Training and promotion of young scientists and technicians, which is urgently needed by authorities, industry and science.

The lectures offered at KIT in the field of nuclear safety research are briefly described below.

The Institute for Neutron Physics and Reactor Technology (INR) sees itself as an international institute for energy research. Innovation and research include fusion technology, solar thermal energy, thermal storage, thermoelectric conversion concepts and safety analyses of nuclear facilities from accelerators to power plants.

The INR offers the following lectures in the field of nuclear technology:

Nuclear power plant technology:

The aim of the course is to qualify students for a research-related career in nuclear power plant engineering. Participants will be able to describe the most important components of nuclear power plants and their function. They will be able to design or modify nuclear power plants independently and creatively. They acquire a broad knowledge of this power plant technology, including specific knowledge of core design, the design of primary and secondary systems and nuclear safety technology. Based on the thermodynamics and neutron physics they have learned, they will be able to describe and analyse the specific behaviour of nuclear power plant components and assess risks themselves. Participants in the lecture have trained analytical thinking and judgement in the construction of nuclear power plants.

In a further lecture module, innovative nuclear systems:

The aim of the lecture is to convey the current status and development directions of nuclear technology. Nuclear systems that have good prospects from today's perspective are presented. The main characteristics of such systems and the associated challenges are presented and discussed. This includes the current status and development trends in nuclear technology as well as advanced concepts of the water-cooled reactor, fast reactors, which can also be used as transmutation systems for the treatment of nuclear waste, and development directions of the gas-cooled reactor, as well as fusion systems.

In the lecture Energy Systems II the Fundamentals of reactor physics mediated:

Students acquire comprehensive knowledge of the physics of nuclear fission reactors: Neutron flux, cross sections, fission, breeding processes, chain reaction, critical size of a nuclear system, moderation, reactor dynamics, transport and diffusion equation for the neutron flux distribution, power density distributions in the reactor, one-, two- and multi-group theories for the neutron spectrum. Based on their knowledge of reactor physics, students will be able to understand, compare and evaluate the capabilities of different reactor types - light and heavy water reactors, Generation IV nuclear power plants - and their basic nuclear safety concepts. Students are qualified for further education in the field of nuclear energy and safety engineering as well as for (also research-related) professional activities in the nuclear industry.

In a further lecture, the Fundamentals of reactor safety mediated:

The lecture discusses the basic principles and concepts of reactor safety including methods for safety assessment and severe core-destructive reactor accidents.

The aim of the lecture is to convey the basics of reactor safety, which are required to assess the safety of nuclear facilities and the evaluation of reactor accidents such as Chernobyl and Fukushima. Starting with an explanation of the main systems of a nuclear power plant, the safety systems and concepts of different reactor types are discussed. The development and progression of accidents and incidents and the methods used to assess them are described in detail. The Fukushima accident is then analysed, its radiological consequences are presented and the countermeasures to minimise the consequences of such accidents are discussed. Finally, new developments in the safety of third and fourth generation reactors are presented.

The Institute for Applied Materials (IAM) pursues an interdisciplinary approach to materials research that covers the diversity of materials science issues across several scales. Together with national and international partners, it researches materials from their atomic structure to their function in the product, bridging the gap between material development, process technology and system integration. The IAM has broad methodological expertise in the areas of production and processing, characterisation and simulation. The IAM organises teaching on the degree programme Materials science and materials engineering and provides materials science training for other engineering and natural science degree programmes.

On Institute for Applied Materials - Applied Materials Physics (IAM-AWP) the following lecture is offered, which also has a strong reference to nuclear safety.

Use of materials at high temperatures

The course content covers the diverse areas of application and requirement profiles for high-temperature materials. The basics of high-temperature oxidation and the influences of the gas atmosphere on high-temperature corrosion behaviour are taught, and protective measures against this form of corrosion are demonstrated. Complex mechanical stresses at high temperatures are also explained. The various high-temperature materials are also covered: Steels, Ni-based alloys, Co-based alloys, ODS alloys, refractory alloys as well as ceramics and composite materials.

On Institute for Applied Materials - Mechanics of Materials and Interfaces (IAM-MMI) Another lecture, also for nuclear engineering students, deals with the design of highly stressed components.

The content of the lecture includes the rules of common design rules, classical material laws of elasto-plasticity and creep as well as service life rules for creep, fatigue and creep-fatigue interaction.

Students will be able to name the rules of common design regulations for the assessment of components that are subject to high thermo-mechanical and/or irradiation loads during operation. They will understand which material laws are used in the state of the art and the state of research to estimate the deformation and damage occurring under these loads and to predict the expected service life. They will have an insight into the use of these generally non-linear material laws in finite element programmes and will be able to assess the key points that need to be taken into account.

The Institute for Nuclear Waste Management (INE) is primarily concerned with safety research into the final disposal of radioactive waste, focussing on repository systems/components, radiochemistry and the speciation of radionuclides. The research portfolio also includes work on the safe dismantling of nuclear facilities and geoenergy.

A radiochemistry module has been set up for Master's students, consisting of basic and advanced lectures on radiochemistry as well as laboratory courses. The focus of the lecture "Radiochemistry I" and "Radiochemistry II" focuses on basic and applied radiochemistry. The aim of the lecture is to convey the fundamentals of radio- and nuclear chemistry in order to deepen the knowledge of radioactivity with regard to the associated theory and application.

This basic lecture is supplemented by the lecture on "Chemistry of the f elements" and the lecture "Instrumental Analytics„.

In addition to the lectures, students in the radiochemistry module and students at Heidelberg University will attend a joint Three-week block internship in the Technology and Environment Training Centre and in the INE control area.

In addition, the INE, together with the INR, organises the lecture: Selected problems of applied reactor physics with exercises offered.

The following topics are covered for the students: Radioactive transformations of atomic nuclei, nuclear processes, nuclear fission and delayed neutrons, basic concepts of the cross section, basic principles of the chain reaction, static theory of the monoenergetic reactor, introduction to reactor kinetics and a nuclear physics practical course.

The department "Dismantling of conventional and nuclear structures" of the Institute for Technology and Management in Construction (TMB) deals with the research and development of dismantling technologies.

The institute's research focuses on the entire field of mechanical engineering in construction and construction operations. By additionally taking into account the special features of nuclear technology, the expertise of all sectors is pooled. Here, scientific depth and proximity to practice complement each other synergistically. The following lecture modules are offered specifically for students interested in this subject area:

• Environmentally friendly and recyclable dismantling of buildings. This course is designed to teach students how to independently plan, apply for and implement demolition, dismantling and disposal work for structural and technical facilities on site. This includes the legal, technical and practical aspects, starting with the criteria for the appropriate procedures and a demolition and authorisation application, through to the corresponding recycling and disposal options. An overview is also given of the possible pollutants (e.g. asbestos, mineral fibres) and the corresponding protective measures.

• Dismantling of nuclear facilities. The aim of this course is to enable students to develop dismantling concepts and to select and use the necessary techniques and procedures, to implement the principles of authorisation and to draw up corresponding applications, to take into account and implement the requirements of the relevant laws.

Finally, it should be noted that there are numerous opportunities for students at KIT to write a Bachelor's or Master's thesis as part of research work at the various institutes involved in the NUSAFE programme. In addition, doctoral theses are also offered at the institutes.

Karlsruhe Institute of Technology

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Institute for Neutron Physics and Reactor Technology (INR)

https://www.inr.kit.edu/

Institute for Applied Materials (IAM)

https://www.iam.kit.edu/

Institute for Nuclear Waste Management (INE)

https://www.ine.kit.edu/

Institut für Technologie und Management im Baubetrieb (TMB)

https://www.tmb.kit.edu/

The Institute of Physical Chemistry and Radiochemistry at Mannheim University of Applied Sciences can look back on over 50 years of tradition. Originally founded as the Institute of Nuclear Technology and Radiochemistry, it has undergone a number of changes over the decades. Almost eight years ago, Prof. Dr Ulrich W. Scherer took over radiochemistry and established a working group of currently around 10 people who are involved in teaching and research.

Core task teaching

Our core task is to train students of chemical and process engineering and mechanical engineering using modern teaching methods in the fields of radiochemistry and radiation protection.

In our understanding, radiochemistry encompasses all areas of handling open radioactive substances. In the lecture Radiochemistry The basics of radiochemical work are explained, right through to the applications of tracer technology with its many applications. An important chapter deals with the production of Nuclear fuels up to the Disposal of radioactive wastewhich is dealt with in a separate lecture. In addition, the practical handling of open radionuclides in a wide range of applications forms an important pillar of our training. Furthermore, we offer our students courses to acquire the Expertise in radiation protection to.

Our laboratories have additional handling licences and are also equipped with the optimum measurement technology for all types of ionising radiation. We also operate a hot cell and a 14 MeV neutron generator.

We are a member of the European university network CHERNE, which aims to improve teaching through co-operation and exchange and to give students from partner universities access to laboratories and large-scale equipment. Funded mainly by ERASMUS projects, we have been organising courses for almost twenty years, typically for around 20 students, dealing with nuclear technology, nuclear waste management, environmental radioactivity, but also with areas such as radionuclide production on cyclotrons.

Research and development

Our research activities are diverse. The applicability of our research results in practice is of great importance to us: the aim is to develop processes, procedures or devices with which an existing task can be (better) solved. For example, we have developed the prototype of an alpha detector on whose surface radioelements such as plutonium or americium can be selectively bound and spectrometrically measured with high yields. Its application can minimise the amount of personnel and time required to produce samples of alpha emitters and thus significantly increase sample throughput. We are currently developing this detector to market maturity for applications in decommissioning, NORM management and radiopharmaceuticals.

In a series of co-operation projects with companies based in the Rhine-Neckar metropolitan region, we have developed various projects for the Dismantling investigated. For example, an electrochemical process for sampling was developed and the use of pulsed high-power lasers for the decontamination of building materials was analysed both technically and economically. It is a particular sense of achievement to see the methods we have investigated being used in the plants.

In May of this year, we were able to record another success: As part of FORKA, we set up a junior research group under the leadership of Dr Lotte Lens, which is working on the Characterisation and decontamination of irradiated reactor graphite employed. Since then, we have taken on three PhD students who are preparing their work. We are currently waiting for the delivery of the newly procured larger devices for this ambitious research project.

Recently, we have been approached by international cooperation partners wishing to utilise our experience in the field of nuclear power plant chemistry. Such collaborations would be very important in terms of maintaining expertise, also in order to be able to evaluate the operation of nuclear power plants in our neighbouring countries, but also in other parts of the world. Due to our capacity utilisation, such projects are only possible through further expansion of the Group.

Further training

Another mainstay of our institute is our training programmes. Due to the well-known problems in recruiting specialists, we are now in our fourth year of offering certificate courses for beginners in the field of Dismantling and disposal to. In addition to companies based in the metropolitan region, participants are increasingly coming from other regions of Germany. The spectrum covers the scientific and engineering fundamentals of nuclear technology, but also special topics such as building clearance or radioactive waste disposal. Specialised courses also deal with nuclear measurement technology.

In recent years, we have also been able to organise a basic course for the approximately 70 new employees of the State Ministry of the Environment.

One possible further development would be the establishment of a master's degree programme in dismantling and waste disposal. Due to our framework conditions, this is only possible as a part-time degree programme. However, this requires relevant support from the state and industry. The offers promised so far are not yet sufficient to start this ambitious project.

Outlook

We are operating in a difficult environment: the universities of applied sciences are significantly less well funded by their sponsors than the universities, although the areas of responsibility have converged considerably. For example, research has been an established task for around 30 years, but the necessary resources (staff, space, equipment, funding) have not yet been provided. With teaching loads that are more than twice as high as those of university colleagues, this means a considerable amount of additional work. In addition, even though we have now been granted the right to award doctorates, our academic training is not primarily aimed at training doctoral students. As a result, the federal government's funding measures often fall short for us or do not apply at all, as they only relate to research funding for projects carried out by doctoral students due to the division of responsibilities between the federal and state governments. We would like to see a change in procedures that takes our structure into account.

Otherwise, I can only agree with the opinion of many colleagues: Maintaining expertise in nuclear engineering is only possible if the remaining professorships and chairs are retained. It is still possible to convince students of these interesting and attractive fields of work. The establishment of a cross-university academy is certainly a measure worth considering to pool expertise.

Hochschule Mannheim
Paul-Wittsack-Straße 10
68163 Mannheim

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Prof Dr Ulrich W. Scherer

Leiter des Instituts für Physikalische Chemie und Radiochemie und Strahlenschutzbevollmächtigter der HSMA 

u.scherer@hs-mannheim.de

Seit nunmehr über 20 Jahren bietet die FH Aachen an ihrem Standort in Jülich den erfolgreichen Studiengang „Master of Nuclear Applications“ an. Von Beginn an stand für den 4-semestrigen Studiengang dabei neben der Internationalität auch die Interdisziplinarität im Bereich nuklearer Anwendungen im Vordergrund. Das Modell ist bis heute einmalig, tragfähig und erfreut sich steter und wachsender Nachfrage.

Internationalität

Der Studiengang findet komplett und durchgehend in englischer Sprache statt – ein großer Vorteil, um von früh an neben der Sprache auch die internationalen Fachtermini kennenzulernen und damit zu arbeiten. Dies ermöglicht den Studierenden, im internationalen Umfeld erfolgreich zu agieren und weit über den deutschen Tellerrand hinauszuschauen. So haben bereits mehrere Studierende ihre Abschlussarbeiten in anderen Ländern geschrieben, z. B. an der Universität Liverpool oder am Institut TRIUMF in Kanada; durch eine Individualförderung der OECD erhalten zwei Studierende die Möglichkeit, mehrere Monate an der Universität Tokyo und in Fukushima zu arbeiten.

Es ist aber noch viel mehr als die Sprache: der Studiengang ist attraktiv für viele internationale Studierende und ist dabei ein Erfolgsmodell gelebter Internationalität. Studierende aus unterschiedlichsten Ländern und Kulturen bereichern den Studiengang und das Studienklima. Und der Trend hält an: in den letzten Jahren ist die Anzahl der Studienanfängerinnen und Studienanfänger stetig gestiegen auf über 40 Erstsemester pro Jahr – davon ein Großteil internationaler Studierender.

Interdisziplinarität

Nukleare Anwendungen sind sehr breit – eine Erkenntnis, die die Studierenden schon sehr früh machen dürfen. Ob in den Bereichen der Energieerzeugung und dem zugehörigen Rückbau, Materialwissenschaften, medizinische Diagnose- und Therapieverfahren, in der Grundlagenforschung und vielem mehr: nukleare Technologien sind gefragt und werden entsprechend unter anderem auch im industriellen Umfeld eingesetzt und weiterentwickelt. Entsprechend groß ist die Nachfrage nach Fachkräften und dem Kompetenzerhalt.

Der Masterstudiengang eröffnet dabei den Studierenden seit Beginn an die Möglichkeit der Vertiefung in eines der drei großen folgenden Themengebiete: Nukleare Technologien, Nuklearchemie and Medizinphysik – ergänzt seit 2020 durch ein weiteres Vertiefungsfach, die Nuclear waste disposal. Diese Vertiefungsrichtung konnte erfolgreich dank der tatkräftigen und finanziellen Unterstützung gemeinsam mit der Gesellschaft für Zwischenlagerung mbH (BGZ) aufgebaut und weiterhin im Studiengang verankert werden.

Im ersten und zweiten Semester stehen Grundlagenfächer auf dem Stundenplan der Studierenden; von wirklichen Fundamentals of Nuclear Sciences, über Radiation Detection, Radiation Safety, Biomedical Applications und mehr bis hin zur Nuclear Chemistry and Nuclear Physics. Danach wählen die Studierenden Fächer aus den Vertiefungen und lernen beispielsweise Application of Accelerators, Dosimetry, Nuclear Fuels, Actinide Chemistry and Nuclear Waste Management/Technologies. Besondere Relevanz hat dabei auch die praktische Komponente: großzügige und sehr gut eingerichtete Labore mit entsprechenden Mitarbeitern ermöglichen den Studierenden, die Fähigkeiten in Praktika und Projekten auszubauen. Das Erlernen moderner Simulationstechniken befähigt die Studierenden, nukleare Abläufe zunächst skalierbar zu simulieren und damit auch detaillierter zu verstehen. Ergänzt wird dies durch Exkursionen, z. B. ins Zwischenlager nach Ahaus oder zur JEN in Jülich.

Die fachliche Breite des Studiengangs kann nur durch den Einsatz vieler externer Lehrbeauftragter aus Forschung und Industrie erhalten werden. Dankenswerterweise engagieren sich hier viele der Dozenten schon seit Beginn des Studiengangs und bringen somit ihre reichhaltige und praktische Erfahrung ein. Durchaus international renommierte Experten ermöglichen den Studierenden oft auch, ihre Projekt- und Masterarbeit in erstklassigen Umgebungen durchzuführen und damit an vorderster Front mitzuwirken.

Aktuelle Forschung

Die nuklearen Lehr- und Forschungsgebiete sind an der FH Aachen gut vertreten: drei Professoren (Prof. Elisabeth Paulßen – Nuklearchemie, Prof. Karl Ziemons – Medizinische Physik and Prof. Christoph Langer – Nukleare Technologien/Kernphysik) lehren bereits im Bachelor, als auch im Master in diesem Bereich. Zusätzlich arbeiten Mitarbeiter in gut ausgebauten Laboren an den Praktika und der Forschung.

Ein besonderes Merkmal des Campus in Jülich ist die Nähe zum Forschungszentrum Jülich. Von der Lehrveranstaltung zum FZ Jülich brauchen die Studierenden 20 Minuten mit dem Fahrrad (5 km) – keine Hochschule ist hier näher dran. Dort sind sie am Puls der Zeit und bekommen aktuellste internationale Forschung auf höchstem Niveau mit – und können sich auch einbringen und mitarbeiten. Die gut etablierten, jahrelangen Kooperationen mit den Professoren des Studiengangs tragen hier produktiv bei und eröffnen den Studierenden einmalige Möglichkeiten.

Neben dem FZ Jülich liegen aber auch industrielle Partner als auch modernste Krankenhäuser mit gut ausgestatten nuklearen Abteilungen örtlich nicht weit entfernt – ebenfalls eine große Chance, hier schon frühe Kontakte zu knüpfen und oftmals direkt nach dem Studium bereits direkt an einem Arbeitsplatz zu starten.

Auch vor Ort wird aktuelle Forschung durchgeführt und für Studierende besteht die Möglichkeit, sich daran zu beteiligen und teils als Doktorandinnen und Doktoranden an den Projekten weiterzuarbeiten.

Als Beispiel aus dem Bereich der Vertiefung in den nuklearen Technologien: im Rahmen einer größeren Förderung durch das BMBF (Projekt ATTAR) wurde ein neuer Detektor für das Großprojekt FAIR in Darmstadt entwickelt. Dieser Teilchendetektor für leichte Ionen basiert auf Szintillationsfasern, die damit eine hohe Ortssensitivität, als auch schnelle Auslese zulassen. Erfolgreich eingesetzt wird dieser Detektor nun in wissenschaftlichen Großexperimenten.

Ein weiteres Projekt aus diesem Bereich beschäftigt sich mit Ionendetektoren basierend auf Standard-Solarzellen für verschiedene mögliche Einsatzgebiete. Hierzu wurde im Rahmen einer Förderung eine Masterarbeit durchgeführt, die sich mit der Möglichkeit der Detektion im Allgemeinen bis hin zur Ortssensitivität mit Solarzellen beschäftigt und sehr gute Ergebnisse hervorgebracht hat.

Derzeit läuft zudem ein BMBF Verbundforschungsprojekt (99MoBest) gemeinsam mit der Universität zu Köln, der Universität Hannover und dem FZ Jülich, um die Möglichkeit zu erörtern, inwiefern Radiopharmaka, wie z. B. ^99mTc, an Beschleunigern anstatt an Reaktoren in ausreichenden Mengen produziert werden kann. Unter den Doktoranden des Projekts sind auch zwei ehemalige Masterstudierende des Studiengangs. Sie beschäftigen sich dabei mit der Produktion von starken Neutronenfeldern durch protoneninduzierte Reaktionen, um dann über neutroneninduzierte Reaktionen die Radiopharmaka herzustellen. Das bis 2026 laufende Projekt zeigt bisher schon vielversprechende Ergebnisse.

Des Weiteren gibt es eine seit vielen Jahren etablierte und sehr erfolgreiche Kollaboration mit der Crystal Clear Collaboration (CCC) am CERN. Hierbei geht es um die Entwicklung von neuartigen Szintillationsdetektoren, u. a. für die medizinische Bildgebung. Im Rahmen dieser Kollaboration wurden sog. ClearPET Scanner entwickelt, mit welchem hochauflösende, hochsensitive Aufnahmen erzeugt werden können. Einer dieser ClearPET Scanner befindet sich auch in Jülich. Auch hier können sich die Studierenden schon früh einbringen und selbständig Messungen in den Laboren durchführen.

Weitere Forschungsarbeiten finden sich auch in der Nuklearchemie und im Bereich der nuklearen Entsorgung. Bis vor wenigen Jahren wurden erfolgreich im Rahmen der „Kursstätte für Strahlenschutz“ auch behördlich zertifizierte Strahlenschutzkurse in breit-gefächerten Anforderungsstufen angeboten.

Zukünftige Entwicklungen

Die Ausbildung und der Kompetenzerhalt im Bereich der nuklearen Technologien ist gesamtgesellschaftlich eine dringende und substantielle Aufgabe – hieran beteiligt sich die FH Aachen durch diesen Studiengang, der auch für die Bachelorstudierenden der eigenen Hochschule in den Bereichen Physikingenieurwesen, Angewandte Chemie und Biomedizinische Technik (alles am Campus Jülich) eine interessante und ernstzunehmende Anschlussoption darstellt.

Erfolgreich konnten neuartige Trends in den Studiengang integriert werden. So erlernen alle Studierenden die Grundlagen von modernen Reaktorkonzepten, wie SMR, und erhalten auch eine Einführung in die derzeit rasante Entwicklung von Fusionstechnologien und damit verbundener möglicher Energieerzeugung.

Auch die Verbindungen zu diversen Firmen im Rückbau und anderen nuklearen Technologien konnten ausgebaut und vertieft werden. Gerne werden neue Kooperationen geschlossen und Austausch ermöglicht.

Insgesamt erfreut sich der Studiengang „Master of Nuclear Applications“ großer Beliebtheit und wird durch die Studierenden, ob national oder international, sehr gut angenommen. Für weitere und vertiefte Informationen steht die Studiengangsleitung jederzeit zur Verfügung und freut sich über eine Kontaktaufnahme. Man findet den Studiengang und entsprechende Kontakte unter: https://www.fh-aachen.de/studium/studiengaenge/nuclear-applications-msc.

FH Aachen – University of Applied Sciences
Campus Jülich
Heinrich-Mußmann-Straße 1
52428 Jülich

www.fh-aachen.de
T: +49 241 6009 53149
E-Mail: nuclear@fh-aachen.de

Westfälische Hochschule Gelsenkirchen – Weiterbildungsangebot Sicherheit in der kerntechnischen Entsorgung

Mit rund 7.200 Studierenden bietet die Westfälische Hochschule an ihren Standorten Gelsenkirchen, Recklinghausen und Bocholt eine Vielzahl von Bachelor- und Masterstudiengängen insbesondere in den Bereichen Natur- und Ingenieurwissenschaften, Informatik, Wirtschaft und Kommunikation an. Ein besonderes Merkmal der Hochschule ist die anwendungsorientierte Lehre und Forschung, die zu einer engen Zusammenarbeit mit der Wirtschaft führt. Diese Kooperationen ermöglichen den Wissenstransfer zwischen Wissenschaft und Wirtschaft. Die Studierenden erhalten durch praxisnahe Aufgabenstellungen wertvolle Einblicke in die Berufswelt. Der starke Praxisbezug in Lehre und Forschung stellt sicher, dass die Absolventinnen und Absolventen optimal auf den Arbeitsmarkt vorbereitet sind.

Der Fachbereich Maschinenbau, Umwelt- und Gebäudetechnik konzentriert sich auf innovative Lösungen in den Bereichen erneuerbare Energien, Energieeffizienz und Umwelttechnik. Er leistet einen wichtigen Beitrag zur Ausbildung von Fachkräften, die den wachsenden Anforderungen der Umwelt- und Energiewirtschaft gerecht werden. In diesem Zusammenhang baut die Westfälische Hochschule auch den Bereich der wissenschaftlichen Weiterbildung kontinuierlich aus.

Innovatives Weiterbildungsangebot für die Sicherheit in der kerntechnischen Entsorgung

Gemeinsam mit Vertreterinnen und Vertretern aus Industrie und Behörden haben Prof. Dr. Gutberlet vom Fachbereich Maschinenbau, Umwelt- und Gebäudetechnik und die Verantwortlichen für die wissenschaftliche Weiterbildung ein Konzept entwickelt, um die Kompetenz für die sichere Entsorgung radioaktiver Reststoffe langfristig zu erhalten. Denn neben den allgemeinen wirtschaftlichen Herausforderungen – demografischer Wandel, Fachkräftemangel, sinkende Absolventenzahlen in technischen und naturwissenschaftlichen Disziplinen – steht diese Branche vor dem besonderen Problem eines Nachwuchsmangels, der durch den beschlossenen Atomausstieg verstärkt wird. Die enge Zusammenarbeit mit der Industrie und den Behörden stellt sicher, dass die entsprechenden Anforderungen und Inhalte in die Lehre einfließen und eine praxisnahe und qualitativ hochwertige Ausbildung der Fachkräfte von morgen gewährleistet ist.

Masterstudiengang: Sicherheit in der kerntechnischen Entsorgung

Der Masterstudiengang „Sicherheit in der kerntechnischen Entsorgung“ ist der erste seiner Art in Deutschland, der sich umfassend mit der gesamten Entsorgungslogistikkette in der Kerntechnik befasst – von der Stilllegung und dem Rückbau kerntechnischer Anlagen über die Freigabe von Reststoffen, die Behälterentwicklung, Abfallbehandlung und -konditionierung sowie den Transport bis zur Abgabe endlagerfähiger Gebinde an ein Endlager. Ergänzt werden die technischen Inhalte durch Kompetenzen in atomrechtlichen Genehmigungs- und Aufsichtsverfahren, Produktkontrolle und Abfallgebindedokumentation sowie im Umgang mit Veränderungsprozessen und der Kommunikation mit der Öffentlichkeit (vgl. Abbildung: Studienverlaufsplan). Hinzu kommen ausgewählte Wahlpflichtmodule (WPM), zur berufsspezifischen Vertiefung individueller Interessen.

Der Studiengang richtet sich an Absolventinnen und Absolventen eines naturwissenschaftlichen oder technischen Bachelorstudiums mit mindestens 15 CP in Mathematik oder Physik und mindestens einem Jahr Berufserfahrung in ingenieurwissenschaftlichen oder vergleichbaren Tätigkeiten. Der Studiengang ist berufsbegleitend konzipiert, um eine optimale Vereinbarkeit von Beruf und Weiterbildung zu gewährleisten, und umfasst 5 Semester. Die Module werden in Blockveranstaltungen angeboten, wobei ein Block in der Regel aus vier Tagen Präsenzunterricht an der Hochschule und einem weiteren Block aus drei Tagen E-Learning oder Praktika besteht. Auch Praktika und Prüfungsphasen sind auf die Bedürfnisse berufstätiger Studierender abgestimmt. Der weiterbildende Studiengang „Sicherheit in der nuklearen Entsorgung“ wird erstmals zum Sommersemester 2026 angeboten.

Certificate of Advanced Studies (CAS)

Ergänzend zum weiterbildenden Masterstudiengang bietet die Westfälische Hochschule CAS-Zertifikate an, die für berufserfahrene Fachkräfte aus technischen oder gewerblichen Berufen (auch außerhalb der Kerntechnik) konzipiert sind, die sich gezielt mit ausgewählten Themen der nuklearen Entsorgung auseinandersetzen möchten und über eine abgeschlossene Berufsausbildung verfügen. Folgende Zertifikate werden ab dem Sommersemester 2025 angeboten:

• CAS 1: Radioaktivität & Strahlenschutz
• CAS 2: Umgang mit radioaktiven Reststoffen
• CAS 3: Rechtliche Grundlagen & Lagerkonzepte für die Zwischen- und Endlagerung radioaktiver Abfälle
• CAS 4: Behälter für radioaktive Abfälle & Produktkontrolle
• CAS 5: Stilllegung & Rückbau kerntechnischer Anlagen

Jedes Zertifikat umfasst zwei Module des Masterstudiengangs und bietet eine flexible Weiterbildungsmöglichkeit, ohne ein komplettes Masterstudium absolvieren zu müssen. Die Zertifikate tragen zur Schließung von Fachkräftelücken in der Branche bei und eröffnen zukunftssichere Berufsperspektiven in der kerntechnischen Industrie und den relevanten Behörden.

Bei der Umsetzung des Weiterbildungsangebots arbeitet die Westfälische Hochschule eng mit den Akteuren der Branche zusammen. Diese Kooperation gewährleistet, dass sich die Inhalte des Studiengangs an den aktuellen Anforderungen der Branche orientieren. Durch die Unterstützung erfahrener Dozentinnen und Dozenten aus der Industrie und den beteiligten Behörden wird eine praxisnahe und qualitativ hochwertige Ausbildung gewährleistet. Die Abteilung Weiterbildung sorgt dafür, dass die Programme optimal auf die Bedürfnisse der Studierenden ausgerichtet sind und unterstützt bei der Organisation der berufsbegleitenden Studienformate.

Westfälische Hochschule
Neidenburger Straße 43
45897 Gelsenkirchen

www.w-hs.de | LinkedIn

Prof. Dr. Daniela Gutberlet
daniela.gutberlet@w-hs.de

Dr. Jonas Menze
jonas.menze@w-hs.de