Angesichts des steigenden Energiebedarfs hat die Kernfusion das Potenzial, emissionsfreie Energie in großem Umfang bereitzustellen. Die begrenzte Verfügbarkeit und die hohen Kosten von Tritium, einer Form von Wasserstoff, die zur Auslösung von Fusionsreaktionen verwendet wird, stellen jedoch ein Hindernis für den Erfolg dieser Technologie dar. Ein Team aus Los Alamos untersucht ein beschleunigergestütztes System, das mithilfe der Salzschmelzetechnologie aus nuklearen Abfällen kommerzielles Tritium gewinnt.
„Trotz des Wertes, den Tritium für die Energieinteressen der Nation hat, wird Tritium für kommerzielle Zwecke einfach nicht im Inland produziert“, sagte Terence Tarnowsky, Physiker in Los Alamos und Leiter des Tritiumproduktionsprojekts. „Das von uns vorgeschlagene System könnte Atommüll in einer kommerziellen Tritiummission sehr nützlich upcyceln und so dazu beitragen, die Fusionswirtschaft anzukurbeln.“
Tarnowsky nutzt Modellierung und Simulation, um das Design, die Entwicklung, die Leistungsanforderungen und die Kosten eines beschleunigergetriebenen Systems mit Salzschmelzetechnologie zu verstehen. Ein solches System ist potenziell vielseitig genug, um mit einzigartigen Brennstoffarten zu arbeiten, darunter Tausende Tonnen abgebrannter Brennelemente, die potenziell aus kommerziellen Kernkraftwerken verfügbar sind.
Wiederauffüllung der Vorräte einer nicht erneuerbaren Ressource
Tarnowskys erste Schätzungen gehen davon aus, dass ein 2-GW-Deuterium-Tritium-Fusionskraftwerk, ein System, das Energie durch Fusion mit Deuterium-Tritium-Brennstoff erzeugt, jährlich 112 kg Tritium benötigt. Derzeit sind jedoch nur etwa 25 kg Tritium auf der Erde bekannt, wobei der Großteil davon als Nebenprodukt von Kernreaktoren anfällt und nicht kommerziell verfügbar ist.
Tarnowskys Konzept verwandelt das Problem der Lagerung von abgebrannten Brennelementen – die teuer ist und Sicherheits- und Proliferationsbedenken aufwirft – in eine Chance. Mithilfe von Computersimulationen evaluiert Tarnowsky potenzielle Tritiumreaktoren, die einen Teilchenbeschleuniger auf abgebrannte Brennelemente anwenden, um Reaktionen zur Erzeugung von Tritium anzustoßen. Der Strahl aus dem Teilchenbeschleuniger würde Neutronen im geschmolzenen Salz erzeugen. Diese Neutronen können zur Erzeugung von Tritium aus gelöstem Lithium verwendet werden. Tritium findet in einem Fusionsreaktor Verwendung, wenn es sich mit Deuterium verbindet und dabei enorme Mengen an Energie freisetzt, während fast kein Abfall entsteht.
Das Beschleunigermodell bietet Vielseitigkeit – es kann ein- und ausgeschaltet werden – und beinhaltet keine Kettenreaktionen, was einen möglichen Sicherheitsvorteil gegenüber Tritium darstellt, das in Kernkraftwerken erzeugt wird. Dank der Fortschritte in der Technologie ist dieses Konzept, das bereits in der Vergangenheit in Betracht gezogen wurde, heute effizienter.
Tarnowsky baut auf seinen jüngsten Modellierungen auf und bewertet nun die Kosten für die Tritiumproduktion sowie die Möglichkeit, geschmolzenes Lithiumsalz in der Konstruktion zu verwenden. Die Umhüllung des Atommülls mit geschmolzenem Lithiumsalz würde für Kühlung sorgen, die Entnahme des radioaktiven Materials erschweren und dazu beitragen, den Bestand besser verfolgen und sichern zu können.
„Zu verstehen, wie sich das Design auf die Kosten und andere Faktoren auswirkt, ist für unsere Entscheidungsfindung im Energiebereich von entscheidender Bedeutung“, so Tarnowsky. „Unsere Modellierung soll zeigen, welche Designs die beste Kombination aus Effizienz und Kosteneffizienz bieten, wenn wir uns auf eine mögliche Umsetzung zubewegen.“
