Laser-Nobelprijs biedt nieuwe hoop op onschadelijk kernafval

Tobias Cornille, via Unsplash Public Domain

Begin oktober 2018 wonnen Arthur Ashkin, Donna Strickland en Gérard Mourou samen de Nobelprijs voor natuurkunde. Ashkin won de prijs als bedenker van het optisch pincet, Struckland en Mourou voor Chirped Pulse Amplification (CPA).

Spotlight op deeltjes geheel uit het niets

Oktober 2018 is al best weer even geleden. Van de Nobelprijs voor de Natuurkunde van vorig jaar herinner ik me vooral podcasts en berichten die benadrukten hoe bijzonder het was dat een vrouw de prijs won.

Wat de vindingen van de Ashkin, respectievelijk Strickland en Mourou voor de wetenschap en de maatschappij betekenen was me tot nog toe helaas ontschoten. Gelukkig is er altijd nog de beroemde clickbait-formule ‘Nobelprijswinnaar belooft iets waarvan je al je hele leven dacht dat het absoluut niet kon’, dit keer verdienstelijk toegepast door Bloomberg.


Hier begrijp ik praktisch niets van, wie helpt me op weg?

Getriggerd door Bloomberg heb ik het college dat Mourou bij de acceptatie van zijn Nobelprijs gaf teruggekeken (41 min, bijgevoegd). Hierin zet hij vrij toegankelijk uiteen wat de stand van de wetenschap is aangaande ultrakrachtige lasers. In de laatste vijf minuten van dit college vertelt de 74-jarige Fransman dat het zijn grote droom is om radioactief afval onschadelijk te maken met dergelijke lasers, inclusief een korte omschrijving van het hoe.

Als dit inderdaad zou kunnen, dan zou kernenergie niet alleen qua klimaatimpact maar ook naar vrijwel alle andere relevante maatstaven een schone energiebron zijn. Een ontzettend mooie droom, waar ik nog nooit van gehoord had.

Met mijn roestige natuurkunde kan ik de toelichting bij de droom nog net aan volgen. In theorie zou dit daadwerkelijk moeten kunnen. Denk ik. Maar tussen droom en daad staan (natuur)wetten in de weg, en praktische bezwaren. Is dit een dwaalspoor of een potentiële eindoplossing voor kernafval, en daarmee een uitkomst voor (de maatschappelijke acceptatie van) kerncentrales? Ik heb nog niet het begin van een antwoord, wel drie hoopvolle vragen. Wie helpt me verder?


1.Begrijp ik het concept voldoende?

De CPA-lasers ‘rekken’ kortepulslaserlicht uit, versterken dit licht en ‘persen’ het vervolgens weer in elkaar. Daarbij ontstaat een enorm krachtige laserpuls die bruikbaar is als een deeltjesversneller (plasma-wakefield accelerator). Als je de versnelde deeltjes laat botsen op zwaardere elementen, ontstaat een kernreactie. Zo kun je heel precies radioactieve isotopen produceren, waardevol voor de medische sector.

De droom van Mourou is om juist langlevend kernafval met laserlicht te transmuteren. Zo ontstaat een isotoop met een halfwaardetijd van enkele seconden in plaats van tienduizenden jaren. Deze nieuwe isotoop vervalt vervolgens vrijwel direct (en in een gecontroleerde omgeving) tot een stabiele isotoop. Daarmee is een deeltje kernafval onschadelijk gemaakt.

Transmutatie van kernafval met laser-deeltjesversneller is op zichzelf geen nieuw concept, zie bijvoorbeeld dit stuk uit 2003. In zijn Nobelcollege rept Mourou echter over het produceren van deeltjes (neutronen) uit een vacuum, met het krachtige laserlicht. Is dit een nieuwe variant, die kans op de haalbaarheid van transmutatie sterk vergroot?


2.Loop je in de praktijk niet juist tegen de quantum-effecten aan?

De specifieke transmutatie van het (stabiele) jodium-127 tot de the medisch-radioactieve isotoop jodium-126 heeft naar verluid een rendement van 100 procent. Maar radioactief afval bestaat uit vele verschillende isotopen van vele verschillende elementen. Die zul je eerst moeten sorteren, zodat je ze één voor één in de baan van de laserdeeltjesversneller kunt brengen. Vervolgens moet het laserlicht precies passen op precies die langlevende isotoop die je tot een stabiele isotoop wil omtoveren. Is de deeltjesversneller voor alle kernafval even trefzeker?


3.Is dit in potentie energiepositief te krijgen?

Voor medische toepassing is een hoog energieverbruik geen groot bezwaar. Een effectieve behandeling van bijvoorbeeld kanker mag wat kosten. Voor het onschadelijk maken van kernafval ligt de grens voor acceptabel energieverbruik ontzettend veel lager. Als handling, scheiding en het transmuteren van het afval meer energie kost dan de kerncentrale oplevert, is het sowieso einde oefening voor de droom. Om economisch haalbaar te zijn moet het verbruik sterk lager liggen dan de opwek. Welke verhouding is mogelijk? En wat is nodig voor een economisch haalbare case?


Doet het er toe, wat betreft de rol van kernenergie in de energietransitie?

Weeg de risico’s van kernafval af tegen klimaatverandering

Wat er ook gebeurt, het zal jaren duren eer een wakefield-versneller al het kernafval technisch en praktisch onschadelijk kán maken. Het duurt jaren extra eer dit ook economisch haalbaar is. Vervolgens duurt het nog jaren eer de transmutatie-capaciteit de productie van kernafval kan bijbenen.

Als het deze eeuw lukt om kernafval onschadelijk te maken, is dat fantastisch. Als het deze eeuw niet lukt de wereldeconomie CO2-neutraal te krijgen, is dat op zijn eufemistisch gezegd zeer onfortuinlijk. Kernenergie kan een enorme bijdrage leveren in de strijd tegen klimaatverandering. Laat het besluit kernenergie al dan niet te benutten niet afhangen van een droom.

Ook niet als het de droom is van een Nobelprijswinnaar.

Imagecredit: Tobias Cornille, via Unsplash Public Domain

Dit vind je misschien ook leuk...