Likvidácia vynaloženého jadrového paliva (SNF) zostáva významnou globálnou výzvou. Len v Rusku sa z reaktorov jadrových elektrární každý rok odstraňuje približne 650 ton rádioaktívneho odpadu.
Väčšina tohto odpadu je jednoducho pochovaná, pričom prepracovanie iba približne 15%. Vedci z Petrohradu však vyvinuli priekopnícku technológiu na prepracovanie vyhotoveného jadrového paliva (SNF) a deaktiváciu komponentov jadrových elektrární vrátane ožiareného grafitu reaktora – materiálu, ktorý sa stal významnou globálnou prekážkou pre rozvoj jadrovej energie. Ak chcete poskytnúť viac vhľadu, Dr. Anna Petrovskayakandidát fyzických a matematických vied a vedúci výskumného tímu, ktorý stojí za touto inovatívnou technológiou, vysvetlil podrobnosti o procese.
Riešenie súčasnej dilemy
Vykonané jadrové palivo naďalej predstavuje významnú výzvu pre národy prevádzkujúce jadrové elektrárne. Ako vysvetľuje Dr. Petrovskaya, jedným z hlavných obáv je ohromujúci objem SNF nahromadený v priebehu rokov, čím sa vytvára zložité problémy pre bezpečné riadenie a dlhodobé zneškodnenie.
„Existujú stovky tisíc ton vynaložených jadrových paliva na celom svete, s približne 25 000 tonami v Rusku,“ vysvetľuje.
Existujúce technológie na prepracovanie SNF, dodáva, sú nedostatočné, pretože najbežnejšie používané rádiochemické metódy produkujú veľké objemy rádioaktívneho odpadu sekundárneho kvapaliny a vyžadujú viacstupňové procesy na oddelenie až 40 rôznych chemických prvkov od vyhotoveného paliva. Tieto procesy sú nákladné a časovo náročné.
Pohrebný problém
Aj keď sa pohreb často považuje za riešenie, Dr. Petrovskaya tvrdí, že je to iba „odložený problém“.
„Pohreb rádioaktívneho odpadu, či už hlboký alebo povrch, nevyrieši základný problém dlhodobého nakladania s odpadom,“ vysvetľuje. „Aby sme uzavreli cyklus jadrového paliva a účinne prepracovali vynaložené jadrové palivo, potrebujeme nové a efektívnejšie prístupy.“
Unikátne riešenie: technológia iónov-plazma
Prielomová technológia vyvinutá tímom Dr. Petrovskaya je založená na metódach presmerovania iónov a iónového tepelného spracovania. Táto technológia sa vyhýba tvorbe tekutého rádioaktívneho odpadu atomizáciou vyhoretého paliva v atmosfére inertného plynu pomocou skráteného výboja z plazmy. Atómy sa potom oddeľujú na základe rozdielov v teplote kondenzácie, čím sa dosiahne pozoruhodná účinnosť 99% pri separácii chemických prvkov, ako je urán a plutónium.
„Táto metóda nám umožňuje oddeliť každý prvok individuálne, na rozdiel od existujúcich plazmových odstredivov, ktoré sa môžu len rozdeliť vynaložené jadrové palivo Do dvoch frakcií: ťažké a svetlo, “vysvetľuje Petrovskaya.
Táto technológia, poznamenáva, je tiež veľmi nákladovo efektívna, pričom prevádzkové náklady sa odhadujú iba na 20 dolárov za kilogram paliva.
Opätovné použitie a znižovanie rádioaktivity
Po oddelení je možné štiepky ako urán a plutónium znovu použiť na vytvorenie nového jadrového paliva. Ďalšie vysoko rádioaktívne komponenty, ako napríklad Strontium-90, môžu byť nasmerované na „spaľovanie“ v rýchlych neutrónových reaktoroch, ich transformovanie na stabilné alebo krátkodobé izotopy, a tým znižujú celkový objem rádioaktívneho odpadu produkovaného jadrovou energiou. Tím Petrovskaya tiež skúma používanie týchto prvkov v nových typoch beta-voltaických batérií-inovatívnych zdrojov energie, ktoré by mohli poskytnúť „večnú“ energiu pre aplikácie, ako sú kardiostimulátory, prieskum vesmíru a dokonca aj spotrebná elektronika.
A čo prepracovanie vynaloženého paliva vynaloženého na Nuke?
Napriek technologickému prielomu v Rusku Dr. Petrovskaya poznamenáva, že na celom svete sa prepracuje iba malé percento SNF.
„Napríklad v Spojených štátoch je vynaložené jadrové palivo zvyčajne uložené skôr ako prepracované, pretože staršie technológie sú pre nich ekonomickejšie,“ hovorí.
Varuje však, že bez účinných metód prepracovania je nemožné uzavretie cyklu jadrového paliva.
Keďže sa očakáva, že prírodný urán-235 bude vyčerpaný v priebehu nasledujúcich 40 až 80 rokov, zatváranie jadrového palivového cyklu sa stáva čoraz kritickejším. Rýchle neutrónové reaktory, v ktorých má Rusko technologickú výhodu, sa považujú za potenciálne riešenie tohto problému.
Potreba rýchlych neutrónových reaktorov a efektívne prepracovanie
Rusko v tejto oblasti urobilo významné pokroky, pričom prototypy rýchleho neutrónových reaktorov už boli vybudované a testované nové typy Mox a Snup. Petrovskaya však zdôrazňuje, že aj pri rýchlych neutrónových reaktoroch sa na zatvorenie palivového cyklu stále vyžaduje efektívna technológia prepracovania.
„Dokonca aj u vyhotoveného paliva z rýchlych reaktorov zostáva viac ako 20% základných štiepnych prvkov, ako je urán a plutónium,“ vysvetľuje.
Rusko technologické vedenie
Technológia prepracovania tímu Dr. Petrovskaya je jedinečná. Zatiaľ čo iné technológie, ako napríklad plazmové odstredivky, boli vyvinuté na rozdelenie SNF na dve frakcie, Petrovskaya metóda umožňuje oddelenie každého prvku jednotlivo. Táto technológia je navyše ekonomicky uskutočniteľná, vďaka čomu je pre jadrový priemysel meničom hry.
Okrem prepracovania SNF tím vyvinul aj metódy na deaktiváciu ožiareného grafitu reaktora, čo je problém, ktorý sa ešte musí vyriešiť globálne. Táto technológia bola patentovaná v spolupráci s Rosenergoatom a Rosatom a považuje sa za potenciálne riešenie pre vyraďovacie reaktory, najmä reaktory RBMK, ktoré sa používajú v niekoľkých ruských elektrárňach.
Globálny vplyv
Táto technológia má ďalekosiahle dôsledky mimo Ruska. Dr. Petrovskaya naznačuje, že by to mohlo byť obzvlášť prospešné pre riešenie následkov jadrovej katastrofy Fukušima-1, kde je potrebné deaktivovať obrovské množstvo rádioaktívneho odpadu.
„V prípade Fukušimy existujúce technológie ponúkajú malú pomoc v dôsledku škôd spôsobených roztaveným uránom,“ hovorí. „Ale s našou technológiou by sme mohli účinne riešiť deaktiváciu rádioaktívnych kovových štruktúr, ktoré by mohli mať veľkú pomoc Japonsku.“
Cesta vpred
Petrovskaya verí, že zatvorenie cyklu jadrového paliva a vývoj efektívnejších technológií prepracovania nie sú iba problémom pre Rusko, ale aj pre celý svet.
„Budúcnosť jadrovej energie závisí od našej schopnosti vyriešiť tieto problémy a naša technológia predstavuje zásadný krok týmto smerom,“ uzatvára.
Vedenie Ruska pri vývoji pokročilých jadrových technológií vrátane prepracovania SNF a deaktivácie ožiarených materiálov ho umiestňuje ako kľúčového hráča pri riešení globálnych výziev nakladania s jadrovým odpadom. Keďže svet čelí čoraz viac spoliehania sa na jadrovú energiu, takéto inovácie môžu mať kľúč k bezpečnejšej a udržateľnejšej budúcnosti energie.
Zdroj sputnik, preložené cez google
