Teilchenbeschleuniger soll Strahlung von Atommüll um 99,7 Prozent reduzieren
Die Frage, was mit Atommüll passiert, ist einer der zentralen Kritikpunkte an Atomkraft. Bis die Radioaktivität von Atommüll auf ein ungefährliches Level gesunken ist, dauert es ungefähr 100.000 Jahre. Derzeit wird er in der Regel in Endlagern oder im Meer entsorgt.
Jetzt entwickeln Forscher des Jefferson Lab eine Methode, die Radioaktivität von Atommüll drastisch zu verringern. Dadurch soll sich die Lagerzeit auf nur 300 Jahre reduziert - also um 99,7 Prozent. Das ist zwar noch immer eine lange Zeit, wäre aber ein deutlicher Fortschritt, um das Lagerproblem in den Griff zu bekommen.
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Atommüll wird mit Neutronen beschossen
Für ihr System nutzen sie die Technologie eines Teilchenbeschleunigers, genauer eines Linearbeschleunigers. Ein Zielmaterial, z.B. flüssiges Quecksilber, wird in diesem sogenannten Accelerator-Driven-System (ADS) mit einem hochenergetischen Protonenstrahl beschossen. Bei dieser „Spallation“ lösen sich Neutronen.
Diese Neutronen treffen dann auf Container mit Atommüll. Dort wandeln sie die vorhandenen Isotope in solche um, die einfacher zu handhaben sind. Ob diese dann weiterverwertet werden können, oder in einem Endlager entsorgt werden, muss noch untersucht werden, heißt es in einem Statement.
Effizientere Bauteile
Damit das gelingt, verbessern die Forscher bestehende Technologie. Ein Ansatz ist es, die sogenannten „Supraleitende Kavitäten“, bzw. Hohlraumresonatoren, effizienter zu gestalten. In ihnen fließen starke elektromagnetische Felder, die die Teilchen beschleunigen. Jedes Mal, wenn sie eine solche Kavität durchqueren, erhalten sie einen Energieschub.
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In dieser "supraleitenden Kavität" wird der Protonenstrahl erzeugt, mit dem der Atommüll beschossen wird
© Jefferson Lab
Kavitäten bestehen normalerweise aus dem Metall Niob. Das muss aber auf -271 °C (2 Kelvin) gekühlt werden, was enorm energieaufwändig ist. Mit einer neuen Materialkombination, Niob-Zinn statt reinen Niobs, kann die Temperatur auf -269 °C (4 Kelvin) erhöht werden. Schon dieser kleine Unterschied sorgt dafür, dass die Kühlsysteme wesentlich reduziert werden können. Zudem soll der Aufbau der Kavitäten komplexer werden. Ziel ist es, die Spallation effektiver zu machen.
Um die elektromagnetischen Felder zu erzeugen, wollen die Forscher Magnetrons nutzen, also Vakkuum-Laufzeitröhren, die Mikrowellen produzieren. „Wir brauchen viel Power – 10 Megawatt, oder mehr. Deshalb wird Effizienz zum kritischen Faktor“, erklärt Forscher Rongli Geng. Zudem benötigte diese Energie eine exakte Frequenz von 805 Megahertz, damit das System funktioniert. Ziel ist es, Magnetrons zu entwickeln, die gezielt bei dieser Frequenz besonders effektiv arbeiten.
In 30 Jahren einsatzbereit
Gebaut wurde der Teilchenbeschleuniger in der Thomas Jefferson National Accelerator Facility (ARPA-E). Das Projekt wird vom US-Department of Energy (DOE) mit 8,17 Millionen Dollar unterstützt. Ziel ist es, die Technologie in 30 Jahren einsatzbereit zu haben, damit der gesamte US-Bestand an Atommüll damit verarbeitet werden kann.