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Ein Forschungsinstitut in den USA arbeitet an einer neuen Methode, bei der Teilchenbeschleuniger die Strahlung von hochradioaktivem Atommüll stark reduzieren. Das Projekt könnte langfristig die Lagerzeiten von Atommüll auf wenige hundert Jahre verkürzen.
Hochradioaktiver Atommüll entsteht vor allem beim Betrieb von Kernkraftwerken, wenn die genutzten Brennelemente ihre Energie abgegeben haben und deshalb nicht weiter genutzt werden können. Trotz des Ausstiegs einzelner Länder spielt die Atomkraft weltweit noch immer eine bedeutende Rolle.
In vielen Ländern gilt sie als verlässliche Quelle für emissionsarmen Strom und trägt einen erheblichen Anteil zur globalen Energieversorgung bei. Allein im Jahr 2024 wurden weltweit durch Kernkraft rund 2,76 Petawattstunden Strom erzeugt, im Jahr 2020 waren es noch rund 2,54 Petawattstunden. Zum Vergleich: Der Bruttostromverbrauch Deutschlands betrug im Jahr 2024 rund 528 Terawattstunden, also 0,528 Petawattstunden.
Atommüll gilt als eines der größten ungelösten Umweltprobleme unserer Zeit. Denn hochradioaktive Abfälle bleiben über Zehntausende Jahre gefährlich. Forscher des Jefferson Labs in den USA arbeiten deshalb nun im Auftrag des Department of Energy an einer neuen Technik, die die Strahlung von hochradioaktivem Atommüll stark reduzieren soll.
Teilchenbeschleuniger soll Atommüll schneller unschädlich machen
In einem typischen modernen Leichtwasserreaktor entstehen pro Jahr rund 20 Tonnen hochradioaktive Abfälle in Form von abgebrannten Brennelementen. Zusätzlich entstehen noch weitere schwach- oder mittelradioaktive Abfälle.
Forscher des Jefferson Labs arbeiten derzeit an einer Möglichkeit, den Umgang mit diesen Abfällen zu verändern. Dafür haben sie eine Förderung in Höhe von 8,17 Millionen US-Dollar aus dem Programm Nuclear Energy Waste Transmutation Optimized Now (NEWTON) erhalten.
Mithilfe dieses Fundings sollen sie in den kommenden 30 Jahren eine Technik entwickeln, um den gesamten Kernkraft-Atommüll der USA zu bearbeiten. Zum Einsatz kommen sollen dabei Teilchenbeschleuniger, die die radioaktive Strahlung deutlich reduzieren können. Die Forscher sprechen von bis zu 99 Prozent.
„Aufbauend auf unseren eigenen Erfolgen in der Entwicklung modernster Beschleunigertechnologien für wissenschaftliche Entdeckungen sind wir überzeugt, dass wir mit unserer jahrzehntelangen Erfahrung einen wertvollen Beitrag leisten können“, erklärt Rongli Geng, einer der Hauptverantwortlichen des Förderprojekts sowie Leiter der Abteilung SRF Science & Technology in der Beschleunigerbetriebs-, Forschungs- und Entwicklungsabteilung des Jefferson Lab.
Transmutation soll Atommüll weniger schädlich machen
Die Forscher arbeiten an einer Weiterentwicklung ihrer bestehenden Systeme. Ziel sei es wirtschaftlich tragbares Verfahren zu entwickeln, das die Transmutation von Atommüll rentabel macht.
Dabei sollen hochradioaktive Elemente mit der Hilfe von Teilchenbeschleunigern in weniger radioaktive, kurzlebigere Materialien umgewandelt werden. Als Nebenprodukt soll außerdem gleichzeitig zusätzlicher Strom erzeugt werden.
Zum Einsatz kommen sollen dabei sogenannte Accelerator-driven system (ADS). Diese Hybridreaktoren bestehen aus einem Teilchenbeschleuniger, der einen Strahl hochenergetischer Protonen auf ein Zielmaterial, wie zum Beispiel flüssiges Quecksilber richtet. Dieses wiederum setzt dabei Neutronen frei, die auf Behälter mit abgebranntem Kernbrennstoff gerichtet werden.
„Diese Neutronen reagieren mit den unerwünschten Isotopen und wandeln sie in besser handhabbare Isotope um, die entweder für eine sinnvolle Anwendung getestet oder unterirdisch gelagert werden können. Anstatt beispielsweise eine Lagerdauer von 100.000 Jahren zu haben, kann diese auf 300 Jahre verkürzt werden“, so Geng.
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