Kernafval als brandstof: VS zet in op hergebruik en opslagduur daalt van 100.000 naar 300 jaar
In dit artikel:
Onderzoekers van het Thomas Jefferson National Accelerator Facility werken aan een systeem om gebruikt kernafval niet langer alleen op te slaan maar als brandstof te benutten. Met een subsidie van 8,17 miljoen dollar uit het Amerikaanse DOE-programma NEWTON onderzoeken zij Accelerator‑Driven Systems (ADS): een combinatie van een deeltjesversneller en een subkritische kerninstallatie waarmee langlevende actiniden in gebruikt splijtstof kunnen worden omgezet in korterlevende isotopen terwijl tegelijkertijd warmte voor elektriciteitsopwekking vrijkomt.
In een ADS beschieten hoogenergetische protonen een zwaar target (bijv. vloeibaar kwik), waarbij door spallatie veel neutronen ontstaan. Die neutronen transmuteren langelevende radionucliden, waardoor volgens de onderzoekers de gevaarlijke levensduur van kernafval van rond 100.000 jaar kan dalen naar grofweg 300 jaar. Bovendien kan het proces extra CO₂‑vrije baseload‑stroom leveren. Het NEWTON‑programma heeft als ambitie om de volledige Amerikaanse voorraad gebruikte splijtstof binnen 30 jaar recycletechnisch beheersbaar te maken, wat de discussie over permanente geologische opslag fundamenteel zou veranderen.
Het Jefferson‑team richt zich vooral op twee technische knelpunten: betrouwbaar, continu hoog vermogen van versnellers en betaalbare RF‑vermogenbronnen. Traditionele supergeleidende versnellers vereisen dure cryogene installaties voor niobiumcaviteiten. De onderzoekers ontwikkelen niobium‑tin‑coatings die supergeleiding bij hogere temperaturen mogelijk maken, zodat standaard commerciële koelsystemen volstaan. Daarnaast testen ze spoke‑cavities — een geometrie die bij lagere bundelenergieën efficiënter is en voor ADS‑toepassingen gunstig kan zijn. Voor de RF‑bron werkt men aan fase‑gestabiliseerde, modulair combineerbare magnetrons afgestemd op 805 MHz als goedkoper alternatief voor klystrons; partners in die ontwikkeling zijn onder meer Stellant Systems. Industriepartners zoals RadiaBeam en General Atomics zijn vanaf het begin betrokken om de stap naar commerciële inzet te verkleinen.
Er blijven echter serieuze uitdagingen: versnellers moeten betrouwbaar continu draaien op vermogens rond de 10 MW; partitioning (isotopenscheiding) vergt complexe en kostbare chemische processen; integratie van versneller, spallatiedoel en subkritische kernen stelt hoge eisen aan materialen, thermisch beheer en neutronenbalans; en er moet een economische businesscase zijn die zowel elektriciteitsopbrengst als afvalreductie financieel waardeert. ADS‑onderzoek is niet nieuw — Europa en Japan doen hier ook onderzoek — maar historisch was de economie vaak leidend in het falen van opschaling.
Als de huidige focus op hogere bedrijfstemperaturen, efficiëntere cavities en goedkopere RF‑bronnen inderdaad leidt tot schaalbare en betaalbare systemen, kan ADS kernafval transformeren van een eeuwigdurend opslagprobleem naar een bruikbare energiebron. Dat zou technisch én maatschappelijk een belangrijke verschuiving betekenen, relevant ook voor landen als Frankrijk en België die worstelen met eindberging en tegelijk behoefte hebben aan CO₂‑arme baseload‑energie.