Nuklearni otpad bi mogao biti izvor goriva u budućim reaktorima

Od električnih automobila do informacionih centara veštačke inteligencije, tehnologije koje ljudi koriste svakog dana zahtevaju sve više struje.

U teoriji, nuklearna fuzija – proces spajanja atoma koji oslobađa toplotu za pokretanje generatora – mogla bi obezbediti ogromne zalihe energije sa minimalnim emisijama. Međutim, nuklearna fuzija je skupa pošto jedno od njenih glavnih goriva jeste retka verzija vodonika zvana tricijum.

Preporučujemo

Istraživači sad razvijaju nove sisteme u cilju upotrebe nuklearnog otpada za proizvodnju tricijuma. Terens Tarnovski, fizičar iz Nacionalne laboratorije Los Alamos predstavio je svoje rezultate na ovogodišnjem sastanku Američkog hemijskog društva (ACS).

Današnje nuklearne elektrane proizvode energiju putem procesa nuklearne fisije – atom plutonijuma ili uranijuma se cepa radi oslobađanja energije i čestica zvanih neutroni, što cepa dodatne atome. Ova fisiona lančana reakcija obezbeđuje postojan tok energije, ali takođe proizvodi dugovečan nuklearni otpad.

Fuzione nuklearne elektrane, pak, generisale bi energiju kombinujući atomska jezgra. Oblici vodonika, deuterijum i tricijum, spajali bi se radi stvaranja težih atoma. Ovaj proces, koji napaja zvezde u univerzumu, oslobađa ogromnu količinu energije i, za razliku od fisije, proizvodi vrlo malo radioaktivnog otpada.

Dok je deuterijum lako dostupan, Sjedinjenim Državama trenutno nedostaje sigurno i predvidljivo snabdevanje tricijumom. Vrednost komercijalnog tricijuma je trenutno oko 33 miliona dolara za kilogram i SAD nemaju domaće kapacitete da ga naprave.

Tricijum se prirodno prisutan u gornjoj atmosferi. Trenutno su jedini veliki komercijalni izvor fisioni reaktori u Kanadi. Ukupne zalihe tricijuma na planeti su oko 25 plus ili minus 14 kilograma. Pod izvesnim pretpostavkama, 25 kilograma tricijuma je dovoljno da obezbedi energiju za više od 500.000 domaćinstava tokom šest meseci, kaže Tarnovski.

Za razliku od tricijuma, SAD ima hiljade tona nuklearnog otpada iz komercijalnih nuklearnih elektrana koji sadrži veoma radioaktivne materijale koji zahtevaju skupo skladištenje u cilju bezbednosti. Dugotrajno skladištenje izaziva zabrinutost zbog curenja radijacije u životnu sredinu sa potencijalom da nanese štetu biljkama i životinjama ili da izazove kancer kod ljudi.

Tarnovski je video priliku da proceni izvodljivost upotrebe nuklearnog otpada za proizvodnju dragocenog tricijuma. Izveo je više kompjuterskih simulacija potencijalnih tricijumskih reaktora radi evaluacije proizvodnje i energetske efikasnosti.

Simulirani dizajni reaktora koriste akcelerator čestica za pokretanje reakcija cepanja atoma u nuklearnom otpadu. Dok se atomi dele u simulaciji, oslobađaju neutrone i na kraju proizvode tricijum nakon niza drugih nuklearnih tranzicija. Prisustvo akceleratora bi omogućilo operatorima da uključuju iili isključuju te reakcije i smatra se bezbednijim nego lančane reakcije koje se dešavaju u tipičnoj nuklearnoj elektrani.

Iako osnovni principi dizajna nisu novi, razvoj tehnologije mogao bi ga učiniti efikasnijim nego kad je prvi put razmatran u 1990-im i ranim 2000-im.

Tarnovski procenjuje da bi ovaj teorijski sistem koji radi na jedan gigavat energije, tj. ukupnim godišnjim energetskim potrebama 800.000 američkih domaćinstava, mogao proizvesti oko dva kilograma tricijuma godišnje, što je na nivou ukupne godišnje proizvodnje svih reaktora u Kanadi.

Ključna prednost bila bi efikasnost proizvodnje tricijuma. Tarnovski predviđa da bi sistem proizveo više od 10 puta tricijuma nego fuzioni reaktor sa istom termalnom energijom.

Tarnovski će usavršiti simulacije u cilju preciznije evaluacije efikasnosti i bezbednosti dizajna reaktora, čiji najveći deo je ranije projektovan, ali ne i kombinovan na ovaj način. Na primer, on planira da razvije novi kod za model koji okružuje nuklearni otpad sa rastopljenom litijumskom soli, ustanovljeni dizajn za reaktore sa uranijumskim gorivom korišćen samo u naučnim eksperimentima.

Rashlađujuća svojstva soli predstavljaju potencijalnu bezbednosnu meru, a postavka bi otežala ekstrakciju otpada radi razvoja oružja. Krajni cilj je da modeliranje pomogne u razumevanju koja simulacija ima najveći potencijal za buduću implementaciju.

Sve ovo može izgledati kompleksno, ali je za Tarnovskog sve to deo plana da se postojeća tehnologija upotrebi u cilju smanjenja troškova. „Energetske tranzicije su skup posao i kad može da se olaša treba da pokušamo“, kaže on.

(Telegraf Nauka/TechXplore)