Beseitigung von Atommüll: Russische Forscher kurz vor Durchbruch

Ende 2014 gab es weltweit etwa 68 Millionen Kubikmeter radioaktiven Abfalls unterschiedlicher Strahlungsintensität. Das geht aus einem Bericht hervor, den die Internationale Atomenergiebehörde im Juli dieses Jahres veröffentlichte. Die Halbwertszeit der meisten Isotope beträgt dabei viele Jahre.

Nun erklärte ein Forscherteam des Prochorow-Instituts für Allgemeine Physik der Russischen Akademie der Wissenschaften unter der Leitung von Georgij Schafeew, es könnte bald eine Lösung für das Problem radioaktiver Abfälle präsentieren. Es stehe kurz vor einem Durchbruch. Bei Experimenten habe sich gezeigt, so die Wissenschaftler, dass sich einige Nuklide in einer speziellen Lösung unter Laserbestrahlung zügig und ohne Komplikationen in neutrale Substanzen verwandelten.

Fortschritt, wie ihn der Zufall wollte

Die Entdeckung der Methode ist reiner Zufall. Eigentlich experimentierten die Forscher in ihrem Labor an der Erzeugung von Nanopartikeln, die mithilfe eines Lasers aus in wässrigen Lösungen liegenden Metallen herausgeschossen werden sollten. Dabei probierten die Forscher sowohl unterschiedliche Metalle als auch verschiedene Lösungen aus.

Als Schafeew und seine Kollegen Gold in eine Thorium-232-Lösung tauchten, stellten sie nach dem Laserbeschuss fest, dass das radioaktive Metall im Umfeld von Nanopartikeln nicht mehr strahlte. Eine Transmutation hatte stattgefunden. Der gleiche Effekt trat auch bei Uran-238 ein. Das aus der Fukushima-Tragödie bekannte Cäsium-137, welches unter normalen Umständen mit einer 30-jährigen Halbwertszeit zerfällt, verwandelte sich im Labor innerhalb von nur einer Stunde in strahlungsneutrales Barium.

„Weder wir noch die Kernwissenschaftler können das Phänomen bislang erklären. Wahrscheinlich ändert sich unter diesen Bedingungen die Atomhülle des strahlenden Metalls – die äußere Hülle der Elektronen, um genauer zu sein“, erläutert Georgij Schafeew, Leiter der Forschungsabteilung für Makrokinetik von Nichtgleichgewichtsprozessen am Prochorow-Institut.

Damit der Zerfall beschleunigt wird, muss in der Lösung ein Refraktärmetall – also Gold, Silber oder Titan – enthalten sein. „Die Zerfallsgeschwindigkeit hängt von der chemischen Umgebung des radioaktiven Materials, also von den äußeren Elektronen seines Atoms ab. Offensichtlich verändern wir die atomare Elektronenkonfiguration, weil die Nanopartikel das elektromagnetische Feld des Lasers lokal verstärken“, erklärt Schafeew. 

Aus der Theorie in die Praxis

Momentan werden die Erkenntnisse des Teams um Schafeew von den Kollegen des Vereinten Instituts für Kernforschung überprüft. Das Experiment soll mit einem hochsensiblen Gammaspektrometer, das auf Grundlage reinen Germaniums funktioniert, durchgeführt werden. Auf diese Weise wird es möglich sein, die Prozesse in Echtzeit zu beobachten. Ein Kontrollversuch soll mit Cäsium-137 erfolgen.

„Wir müssen den Vorgang mit eigenen Augen sehen, um dann nach einer Erklärung zu suchen. Mit meiner 50-jährigen Erfahrung in experimenteller Kernphysik fällt es mir schwer, an eine so enorme Verringerung der Halbwertszeit unter Einwirkung eines Lasers beziehungsweise einer besonderen chemischen Verbindung zu glauben“, sagt Sarkis Karamjan, leitender wissenschaftlicher Mitarbeiter des Labors für Kernreaktionen am Institut für Kernforschung.

Indes denken die Forscher bereits an mögliche Anwendungsfelder der zukünftigen Technologie. Bei trockenen Böden – in Tschernobyl beispielsweise – würde sich die radioaktive Strahlung dadurch kaum neutralisieren lassen: Ein Laser könne nur für Mikrometer ins Erdreich durchdringen. In Wasser aber würden sich ungeahnte Möglichkeiten ergeben.

„Es wäre natürlich denkbar, die Böden zu sammeln und zu filtern, doch in diesem Fall sind wässrige Lösungen als Einsatzgebiet prädestiniert. In Fukushima, wo aus Wasserbecken bis heute Tritium und Cäsium auslaufen, könnte sich die Technologie als durchaus hilfreich erweisen“, sagt Schafeew. 

Alle Rechte vorbehalten. Rossijskaja Gaseta, Moskau, Russland