US-Forscher machen Fortschritte bei der Transmutation von Atommüll

Forscher an einem Teilchenbeschleuniger in den USA haben Fort­schritte bei der sogenannten Transmutation gemacht. Dabei geht es darum, Atommüll zur weiteren Energiegewinnung zu nutzen und gleichzeitig die Lagerzeiten massiv zu reduzieren.

Billiger zum Neutronenstrahl

Am Thomas Jefferson National Accelerator Facility im US-Bundesstaat Virginia treiben Forschende zwei ambitionierte Projekte voran, die den Umgang mit abgebrannten Brennelementen grundlegend verändern könnten. Im Mittelpunkt steht die Weiterentwicklung sogenannter Accelerator-Driven Systems (ADS). Diese Technologie nutzt einen Teilchenbeschleuniger, der hochenergetische Protonen auf ein Ziel - etwa flüssiges Quecksilber - schießt.

Dabei kommt es zur sogenannten Spallation: Ein intensiver Neutronenstrom wird freigesetzt, der langlebige radioaktive Isotope im Atommüll gezielt umwandelt. Durch diese Transmutation lassen sich besonders problematische Bestandteile "verbrennen". Während unbehandelter Atommüll bis zu 100.000 Jahre sicher gelagert werden muss, könnte sich dieser Zeitraum durch Auftrennung und Recycling mittels ADS auf rund 300 Jahre reduzieren.


Gleichzeitig entsteht bei dem Prozess erhebliche Wärme, die zur Stromerzeugung genutzt werden kann. Rongli Geng, Leiter der SRF Science & Technology am Jefferson Lab und wissenschaftlicher Projektverantwortlicher, betont, dass so aus einer langfristigen Belastung eine produktive Energiequelle werden könne.

Arbeit an Grundlagen

Um ADS wirtschaftlich attraktiv zu machen, arbeiten die Forschenden an zwei zentralen Stellschrauben: Effizienz und Leistung. Herkömmliche Beschleuniger benötigen aufwendige Kryoanlagen, um supraleitende Temperaturen zu erreichen. Das Team setzt stattdessen auf mit Zinn beschichtete Niob-Kavitäten. Diese sogenannten Niob-Zinn-Strukturen funktionieren bei höheren Temperaturen und kommen mit handelsüblichen Kühlsystemen aus, was einen deutlichen Kostenvorteil bringt. Zusätzlich werden neuartige "Spoke"-Kavitäten entwickelt, die die Effizienz der Neutronenerzeugung weiter steigern sollen.

Ein zweites Projekt widmet sich der Energieversorgung des Beschleunigerstrahls. Hier werden Magnetrone, die man auch aus Mikrowellenherden kennt, so angepasst, dass sie die benötigten zehn Megawatt Leistung bei exakt 805 Megahertz liefern. Gemeinsam mit Industriepartnern wie Stellant Systems, RadiaBeam und General Atomics sollen Prototypen entstehen, die sich industriell fertigen lassen.

Bisher handelt es sich hier allerdings in allen Belangen noch um Grundlagenforschung. Es lässt sich kaum absehen, ob die Technologie tatsächlich eines Tages so gut entwickelt sein wird, dass die weitere Verwendung des Atommülls wirtschaftlich vertretbar ist. Im Rahmen ihres NEWTON-Programms verfolgen die USA aber das ehrgeizige Ziel, den gesamten zivilen Atommüllbestand innerhalb von 30 Jahren recyclingfähig zu machen.


Siehe auch: