Naukowcy przedstawiają śmiały plan przekształcenia odpadów nuklearnych w paliwo jądrowe

Fuzja jądrowa odnotowała pewne ekscytujące postępy , a obietnica czystej i wydajnej energii wydaje się być coraz bliższa realizacji . Sceptycy wskazują jednak na praktyczne problemy, których rozwiązania być może nie staramy się rozwiązać wystarczająco intensywnie – problemy, które nieuchronnie obciążą nasze reaktory, gdy w końcu powstaną.

Nowa propozycja Terence'a Tarnowsky'ego, fizyka jądrowego z Los Alamos National Laboratory, koncentruje się na jednym kluczowym aspekcie problemu: znalezieniu źródła trytu, fundamentalnego składnika syntezy jądrowej. Tarnowsky, który przedstawi swoją mapę drogową w przyszłym tygodniu na konferencji ACS Jesień 2025 , sugeruje wykorzystanie tysięcy ton odpadów jądrowych, w tym wypalonego paliwa reaktorowego, i wykorzystanie uśpionych atomów do produkcji trytu. Przy odpowiednich modyfikacjach aparatury przypominającej akcelerator, strategia ta mogłaby niezawodnie stworzyć samowystarczalne źródło tego cennego izotopu.

W udanym reaktorze fuzyjnym tryt i deuter – dwa lekkie izotopy wodoru – łączą się, uwalniając w tym procesie gigantyczną ilość energii. Dla porównania, obecne elektrownie jądrowe działają w oparciu o rozszczepienie, czyli rozszczepienie ciężkich atomów, takich jak uran, które również generuje znaczną ilość energii, ale wytwarza długotrwałe radioaktywne produkty uboczne. Te odpady po prostu „[zalegają] po całym kraju”, prawdopodobnie przez milion lat, a ich utylizacja kosztuje setki milionów dolarów rocznie, jak wyjaśnił Tarnowsky w rozmowie wideo z Gizmodo.

Tymczasem obietnica fuzji jądrowej jest przyćmiona nieuchronnym niedoborem trytu, niezwykle rzadkiego i niestabilnego izotopu wodoru. „Na całej planecie jest zaledwie kilkadziesiąt kilogramów [trytu] – zarówno naturalnego, jak i sztucznego –” – powiedział Tarnowsky. Nie pomaga też fakt, że eksperymenty jądrowe na całym świecie zużywają te niewielkie zasoby w alarmującym tempie. „Skąd więc ma się brać ten tryt?”

Hodowla trytu w laboratoriach jest dobrym rozwiązaniem, ale istnieje bardzo dobry powód, dla którego nie znaleźliśmy jeszcze idealnej receptury: jest to „trudne paliwo” – powiedział Tarnowsky.

„Jeśli teraz wyhodujesz tryt, nie będziesz mógł go przechowywać w pojemniku przez 30 lat, ponieważ bardzo szybko rozpada się do helu-3” – wyjaśnił. „Ma on również właściwości chemiczne wodoru. Wodór lubi się wydostawać; lubi osadzać się w ścianach. Trudno sobie z nim poradzić”. Dla porównania, okres półtrwania trytu wynosi 12,3 roku , co oznacza, że w tym czasie rozpada się on do połowy swojej pierwotnej ilości.

Propozycja Tarnowsky'ego łączy wcześniejsze teorie z najnowszymi osiągnięciami technologicznymi. Chodzi o to, aby zastosować akcelerator cząstek, który wywołałby rozpad atomów uranu i plutonu w odpadach jądrowych, co doprowadziłoby do serii wybuchów neutronów i innych przemian jądrowych, które ostatecznie doprowadziłyby do powstania atomów trytu. Według Tarnowsky'ego odpady byłyby pokryte stopioną solą litową, aby chronić proces przed nadmiernym narażeniem na szkodliwe promieniowanie.

Tarnowsky przypuszcza, że przy odpowiednim projekcie ta metoda mogłaby „ wytworzyć ponad 10 razy więcej trytu niż reaktor fuzyjny przy tej samej mocy cieplnej”, jak zauważono w komunikacie prasowym. Przyznaje jednak, że ta mapa drogowa wymagałaby śmiałych zobowiązań zarówno ze strony sektora publicznego, jak i prywatnego.

Gospodarka fuzyjna jest pod pewnymi względami nieodwracalna, powiedział Tarnowsky. Z pewnością nie jest to coś, co można „przełączyć i mieć system zapasowy, gdyby coś poszło nie tak z hodowlą trytu”, dodał Tarnowsky. „Trzeba planować z bardzo dużym wyprzedzeniem”.

Ale im dłużej czekamy, tym bardziej w gruncie rzeczy sami sobie wkopujemy się w dół – powiedział. „Każdego roku kontynuujemy eksploatację naszych elektrowni jądrowych – w bardzo bezpieczny sposób! – ale jednocześnie produkujemy więcej zużytego paliwa rocznie, [co] zwiększa się o około 2000 ton metrycznych rocznie. Zatem zobowiązania rosną z roku na rok”.

Mimo wszystko Tarnowsky nadal ma nadzieję na przyszłość fuzji jądrowej i na zakończenie naszej transformacji w kierunku czystej energii.

„Powiedziałbym, wiecie, 10 lat temu tego rodzaju technologia proponowana w tej dziedzinie nie wzbudziłaby aż takiego zainteresowania; ludzie obawiali się elektrowni jądrowych” – powiedział. „A potem zaczęli spalać brudny węgiel. No i co teraz zrobicie? Ale teraz prowadzimy tę rozmowę i ludzie nie reagują już tylko strachem”.