Сховища США містять близько 94 тисяч тонн відпрацьованого ядерного палива. Зазвичай його сприймають як небезпечні відходи, які потрібно ізолювати від довкілля на тисячі років. Але значна частина цього матеріалу насправді досі має високу енергетичну та промислову цінність.
У відпрацьованому паливі залишається приблизно 90% урану та плутонію, які потенційно можна повернути до паливного циклу. Крім того, там містяться радіоактивні ізотопи, корисні для медицини, промисловості та інших технологій. За оцінками дослідників, вартість самих цінних ізотопів у накопичених запасах сягає близько 24 мільярдів доларів, тоді як потенційна цінність залишкового ядерного палива вимірюється вже трильйонами.
Як із відходів хочуть отримати користь
Над цим працюють SHINE Technologies, Аргонська національна лабораторія та Case Western Reserve University за підтримки Міністерства енергетики США. Їхній проєкт отримав назву REDUCE — Recover Elements, Destroy Undesirables, Create Energy, тобто «відновлювати елементи, знищувати небажані та створювати енергію».
Головна ідея полягає не лише у вилученні корисних речовин, а й у тому, щоб значно скоротити обсяг матеріалів, які доведеться зберігати.
Відпрацьоване паливо спочатку розчиняють у азотній кислоті, після чого різні хімічні компоненти потрібно відокремити один від одного. Традиційні методи працюють, але процес може тривати години, потребує великих установок, а радіація поступово руйнує органічні розчинники.
У REDUCE пропонують використовувати PaCERS — центрифужне обладнання для радіохімічного розділення. Замість того щоб покладатися на силу тяжіння, система створює прискорення понад 1000 g. Завдяки цьому процес розділення може скоротитися з годин до секунд.
Це не просто прискорення. Компактніші установки можуть дозволити ефективніше вилучати навіть короткоживучі ізотопи, які традиційні технології часто втрачають.
Менше відходів — менше тисячоліть зберігання
Наступний етап концепції ще цікавіший. Те, що не вдасться використати повторно, планують опромінювати нейтронами в майбутніх реакторах. Це може перетворювати довгоживучі радіоактивні елементи на ізотопи, які розпадаються значно швидше — за десятиліття, роки або навіть хвилини.
У такому сценарії ядерні відходи перестають бути лише проблемою зберігання. Частину з них можна повернути в енергетичний цикл, частину — використати для отримання цінних ізотопів, а залишок зробити значно менш довгоживучим.
До практичного впровадження технології ще далеко, але підхід REDUCE показує важливу зміну у ставленні до відпрацьованого палива: те, що десятиліттями вважалося переважно відходами, може виявитися величезним запасом матеріалів та енергії. Джерело