Patent WO2013046188A1 - A Method and a Device for Treating Radioactive Material - Piantelli

Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von radioaktivem Material

Patent
Patentnummer	WO2013046188A1
Bezeichnung	A Method and a Device for Treating Radioactive Material
Anmelder	Silvia Piantelli Alessandro Meiarini Leonardo Ciampoli
Erfinder	Francesco Piantelli
Anmeldetag	01.10.2012
Veröffentlichungstag	04.04.2013
Erteilungstag	04.04.2013

„Zusammenfassung

Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von radioaktiven Materialien mit langer Halbwertszeit, wie z. B. von Kraftwerken erzeugte radioaktive Abfälle und radioaktive Rückstände von aufgegebenen Kernwaffen und Bergbauprozessen, wobei ein aktiver Kern ein Übergangsmetall, wie z. B. Ni, Cr, Mn, Fe, in Form von Clustern aus Nanostrukturen aufweist, die eine Anzahl von Atomen aufweisen, welche geringer ist als eine vorgegebene Anzahl von Atomen, so dass, sobald er unter geeigneten Auslösebedingungen mit Wasserstoff in Kontakt gebracht wird, eine Reaktion mit Wasserstoff stattfinden kann, die das Einfangen von H-Ionen, die Erzeugung von Protonen und das Einfangen oder Ausstoßen von letzteren aus den Kernen des Übergangsmetalls umfasst. Ein zweites Material, das ein radioaktives Material mit einer langen Halbwertszeit aufweist, wird zusammen mit dem ersten Material in einer Behandlungskammer so angebracht, dass die Reaktion zwischen dem Übergangsmetall und dem Wasserstoff zu Transmutationsreaktionen des radioaktiven Materials führt. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung (Abb. 1) ist das radioaktive Material Bestandteil des aktiven Kerns und steht in Kontakt mit dem Übergangsmetall, insbesondere kann es sich dabei um ein weiteres Übergangsmetall handeln, das in bereits vorhandenen Clusternanostrukturen oder in solchen Clusternanostrukturen angeordnet ist, die sich bei der Reaktion des Übergangsmetalls bilden, welches unter Bildung von radioaktiven Produkten, deren Halbwertszeit kürzer ist als die Halbwertszeit der radioaktiven Ausgangsmaterialien, mit Wasserstoff reagieren kann. Die radioaktiven Materialien können auch ein Material umfassen, z. B. ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr, das geeignet ist, mit den Protonen zu reagieren, die bei der Reaktion der Übergangsmetalle mit Wasserstoff entstehen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das radioaktive Material, welches geeignet ist, mit den bei der Reaktion der Übergangsmetalle mit Wasserstoff entstehenden Protonen zu reagieren, in einem solchen Abstand zum Übergangsmetall angebracht, dass die Protonen die radioaktiven Materialien erreichen und zu protonenbedingten Transmutationsreaktionen führen können.

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Kurzbeschreibung des Standes der Technik – das technische Problem

Die Energiegewinnung durch Kernspaltungsreaktion hat den bekannten Nachteil der Entsorgung radioaktiver Abfallstoffe, d. h. der radioaktiven Spaltprodukte. Bis heute wurden im Wesentlichen keine industriell nutzbaren Lösungen entwickelt, die eine Alternative zur Lagerung solcher Materialien an kontrollierten Orten darstellen. Aus diesem Grund besteht die Notwendigkeit für ein Verfahren zur Verringerung und/oder Beseitigung dieser Spaltprodukte mit langer Halbwertszeit, um so deutlich weniger gefährliche Materialien zu erhalten. Solche Spaltprodukte stammen aus Kernkraftwerken, aber auch aus anderen Geräten wie medizinischen und industriellen Geräten. Weitere radioaktive Stoffe finden sich in ausrangierten Kernwaffen. Wieder andere radioaktive Stoffe stammen aus Abfällen der Bergbauindustrie.

Bekanntermaßen können durch Beschuss einiger typischer Uranspaltprodukte wie ¹³⁷Cs und ⁹⁰Sr mit ausreichend energiereichen Protonen Zerfallsreaktionen ausgelöst werden, die geeignet sind, diese Spaltprodukte in weniger gefährliche Stoffe umzuwandeln. Insbesondere können diese Spaltprodukte in radioaktive Stoffe umgewandelt werden, die eine kürzere Halbwertszeit haben als die Ausgangsradionuklide, oder sogar in stabile Stoffe. Ein industrieller Durchbruch dieses Verfahrens war bislang nicht möglich, da es mit den derzeitigen Techniken nicht rentabel gestaltet werden kann. In der Tat benötigt man derzeit eine große Menge an Energie, um hochenergetische Protonen zu erzeugen. Daher sind die Kosten sehr hoch. Insbesondere müssen hierfür Teilchenbeschleuniger eingesetzt werden, was mit Bau- und Betriebskosten verbunden ist, die im Vergleich zu dem Wert der Energie, die in einem Spaltungskraftwerk gewonnen werden kann, zu hoch sind.

Abgesehen von den oben genannten Spaltprodukten, weisen Radionuklide mit hoher Ordnungszahl eine äußerst geringe Wahrscheinlichkeit dafür auf, in andere Produkte transmutiert werden zu können, welche stabil sind, oder in stabile Produkte verwandelt werden zu können. Zu dieser Kategorie gehören insbesondere einige Isotope von Pu, U, Ac, Th und von anderen Elementen, die beispielsweise zu den drei natürlichen radioaktiven Gruppen und zu einer vierten, künstlichen radioaktiven Gruppe gehören.“