Nucleair afval in vacuüm neutraliseren - Transmutatie kan faciliteiten voor definitieve opslag vervangen

Nucleair afval in vacuüm neutraliseren - Transmutatie kan faciliteiten voor definitieve opslag vervangen

Radioactief afval van kerncentrales moet meerdere duizenden jaren worden opgeslagen voordat het geen straling meer afgeeft. Maar transmutatie kan dat mogelijk neutraliseren, zodat het in hoge mate ongevaarlijk wordt, althans in principe. Vacuümpompen spelen bij dit proces een sleutelrol.
06.3_Transmutation.jpg

Transmutatie in plaats van opslag is de veelbelovende methode om van zeer radioactief afval niet-radioactief materiaal te maken, of in elk geval de halveringstijd tot beheersbare perioden te verkorten. Vacuüm is een van de vereisten voor dit proces.

Halveringstijd van 15 miljoen jaar

Ongeveer één procent van de gebruikte brandstofstaven is problematisch materiaal, waaronder radioactief plutonium en andere zeer radioactieve isotopen, die een halveringstijd tot 15 miljoen jaar kunnen hebben. Op dit moment recyclen verwerkingsbedrijven het plutonium en het resterende splijtbare uranium om nieuwe brandstofstaven te maken. De resterende zeer gevaarlijke materialen waren tot nog toe kandidaten voor een vrijwel onbeperkte definitieve opslag. Maar het is ook mogelijk om ze chemisch te scheiden en ze vervolgens aan fysieke wijzigingen te onderwerpen (transmutatie).

Transmutatie vindt plaats in wat bekend staat als een versnellergestuurd systeem (ADS). Het kernelement van het ADS is een honderd meter lange deeltjesversneller waarin protonen worden versneld tot snelheden die de lichtsnelheid benaderen. Tijdens dit proces mogen de deeltjes niet met andere deeltjes in botsing komen. Om die reden genereren speciale vacuümpompen in het systeem een ultrahoog vacuüm van 10-6 tot 10-10 hPa.

Gewenst verval

De protonen raken een mengsel van zware materialen met een enorme hoeveelheid kinetische energie en de kern barst. Dit geeft neutronen vrij die nu ook de deeltjes van kernafval met hoge energie raken. Het bombardement zet veel vervalprocessen in de atoomkernen van de radioactieve isotoop in gang. In grote mate muteren ze tot stabiele – niet-radioactieve – isotopen of tot radioactieve deeltjes met een aanzienlijk kortere halveringstijd. Het aantal kritieke isotopen kan in een paar ronden worden beperkt.

In tegenstelling tot kernsplijting kan de transmutatie niet buitensporig escaleren. Als de protonenstraal wordt uitgeschakeld, stopt de kettingreactie. In principe kan het proces nog steeds meer energie genereren dan het nodig heeft. Dat wordt in laboratoria al een tijdje met succes getest. Onderzoekers bestuderen ADS op industriële schaal al sinds de jaren 90. Verwacht wordt dat het eerste pilot-systeem in 2020 in Japan van start gaat. Een tweede begint naar verwachting in 2023 in Mol, België. Een energiecentrale die kernafval recyclet, kan jaarlijks het sterk radioactieve afval van tien kerncentrales verwerken. Het probleem van de definitieve opslag van kernafval zou dan eindelijk beheersbare proporties krijgen.


Gebruikte brandstofstaven bevatten 95 procent uranium en een procent plutonium. Ze worden eerst mechanisch verpulverd en vervolgens opgelost in salpeterzuur. Chemische reacties scheiden uranium, plutonium en de resterende elementen van elkaar. Ongeveer 10 procent van het uranium kan opnieuw worden verrijkt voor gebruik in nieuwe brandstofstaven. Het plutonium wordt eveneens verwerkt voor kernbrandstof.

Maar ongeveer 90 procent van het materiaal dat na dit recyclingproces overblijft, is afval dat bestaat uit radioactieve isotopen van veel elementen, van arsenicum tot terbium. Een kleine hoeveelheid materiaal dat gebruikt kan worden als radioactieve bronnen voor medische of wetenschappelijke doeleinden, kan nog steeds uit deze radio-isotopen worden geëxtraheerd. Het resterende afval wordt vervolgens gescheiden in laag, gemiddeld en sterk radioactief materiaal. Ongeveer zeven procent is zeer radioactief afval en ongeveer een procent is "probleemafval" dat in sommige gevallen miljoenen jaren moet worden opgeslagen als transmutatie niet mogelijk zou zijn. De hoeveelheid kernafval die gedurende duizenden jaren moet worden opgeslagen, wordt door herverwerking aanzienlijk verminderd.


Abonneer u op de "World of Vacuum"-nieuwsbrief!
Abonneer u nu en blijf up-to-date met het laatste fascinerende nieuws op het gebied van vacuüm.

ABONNEREN

Wilt u meer weten?
We geven u graag meer informatie. Contact Busch Nederland:
+31 (0)348 46 23 00 Neem contact met ons op