Het woord kernenergie blijft verdeeldheid zaaien, discussies veroorzaken, gezinnen aan tafel en regeringen in het parlement verdelen. Aan de ene kant de noodzaak om fossiele brandstoffen achterwege te laten, aan de andere kant een probleem dat onopgelost blijft, zwaar als een rotsblok: radioactief afval. Want we kunnen ook een reactor stilleggen, maar de verbruikte splijtstof blijft. En dat blijft zo voor tijden die de menselijke verbeelding te boven gaan.
We hebben het over isotopen die tot 100.000 jaar gevaarlijk blijven. Een tijdspanne die beschavingen, talen, grenzen en politieke systemen overschrijdt. Een verantwoordelijkheid die niet alleen ons aangaat, maar ook degenen die na ons komen, en daarna.
Toch probeert de wetenschap in stilte de kaarten op tafel te veranderen. En dat gebeurt met een instrument dat uit een futuristisch laboratorium lijkt te komen: deeltjesversnellers.
De uitdaging van transmutatie
Wanneer een kerncentrale geen brandstof meer heeft, blijven er zeer radioactieve materialen achter, waaronder isotopen zoals Plutonium-239 en Americium-241. Het zijn zogenaamde transurane elementen, die tienduizenden jaren lang straling kunnen blijven uitzenden. Dit is waar het probleem van het beheer van kernafval zich voordoet: complexe, dure opslag, die veilig moet worden gehouden voor perioden waar geen enkele menselijke infrastructuur ooit mee te maken heeft gehad.
Het voorstel uit de Verenigde Staten is radicaal: het koppelen van een subkritische reactor aan een krachtige deeltjesversneller. In een traditionele reactor is de kettingreactie zelfonderhoudend. In dit geval kan het systeem echter niet uit zichzelf ‘aan blijven’ en heeft het een continue externe impuls nodig, geleverd door het gaspedaal zelf.
Hoe het werkt is even fascinerend als complex. Een straal hoogenergetische protonen is gericht op een zwaar doelwit, zoals vloeibaar kwik. De impact genereert een enorme hoeveelheid neutronen via een proces dat spallatie wordt genoemd. Deze neutronen raken de langerlevende isotopen in het afval en transformeren deze in elementen met veel kortere vervaltijden.
Volgens schattingen van het Amerikaanse ministerie van Energie zou, door in te grijpen op de meest problematische componenten, het gevaar van het afval kunnen worden teruggebracht van 100.000 jaar naar ongeveer 300 jaar. Drie eeuwen blijven een lange periode, maar worden binnen een begrijpelijke, beheersbare en planbare historische horizon geplaatst.
Er is nog een extra element dat deze technologie nog interessanter maakt: de reacties produceren warmte, en die warmte kan worden omgezet in elektriciteit. Een deel van het afval wordt dan een hulpbron, waardoor een milieuprobleem wordt omgezet in een mogelijke energiebron.
Het NEWTON-project
De leiding van dit experiment is de Thomas Jefferson National Accelerator Facility, die een financiering van 8,17 miljoen dollar ontving van ARPA-E, een geavanceerd agentschap van het Amerikaanse ministerie van Energie, via het NEWTON-programma, een acroniem voor Nuclear Energy Waste Transmutation Optimized Now.
Het doel is duidelijk: de transmutatie van kernafval technisch en economisch duurzaam maken. Het idee om deeltjesversnellers te gebruiken om radioactief afval te ‘verbranden’ is niet nieuw, maar tot nu toe hebben de hoge kosten grootschalige toepassingen tegengehouden.
De meeste versnellers maken gebruik van supergeleidende niobiumholtes, materialen die alleen bij extreem lage temperaturen werken en complexe cryogene systemen vereisen. Onderzoekers experimenteren met een niobium-tin-coating waarmee ze bij hogere temperaturen kunnen werken, met behulp van commerciële koelsystemen en de bedrijfskosten kunnen verlagen.
Bij het project zijn ook industriële partners betrokken, zoals Stellant Systems, General Atomics, RadiaBeam en Oak Ridge National Laboratory, met als doel de technologie van het laboratorium naar de industriële realiteit over te brengen.
Tegelijkertijd heeft een tweede onderzoekslijn tot doel de stroomvoorziening van de versneller efficiënter te maken, door geavanceerde magnetrons te bestuderen, die in principe vergelijkbaar zijn met huishoudelijke magnetrons, die met een grotere energieprecisie op de noodzakelijke frequentie van 805 megahertz kunnen werken.
Kernafval: een ethische kwestie, zelfs vóór een technische
De kwestie van radioactief afval gaat niet alleen over technologie. Het is een ethische, culturele en politieke vraag. Het betekent beslissen wat we nalaten aan degenen die na ons komen. Het betekent dat we vraagtekens moeten zetten bij het gewicht van energiekeuzes op de lange termijn.
Het terugdringen van het gevaar van afval van honderdduizend naar driehonderd jaar zou het perspectief van het nucleaire debat radicaal veranderen. Het zou de problemen niet elimineren, maar het zou ze wel aanpakbaar maken binnen een menselijke historische dimensie, zonder een bijna eeuwige verantwoordelijkheid naar een verre toekomst te delegeren.
We zitten nog in de testfase en de weg naar concrete toepassing blijft complex. Maar de richting is duidelijk: het transformeren van kernafval door middel van transmutatie zou een van de meest innovatieve hoofdstukken van de energietransitie kunnen worden.
En misschien kan de deeltjesfysica, op een historisch moment waarin de klimaatcrisis ons dwingt om moedige keuzes te maken, ook een onverwacht antwoord bieden.
Mogelijk bent u ook geïnteresseerd in:
