Radioaktyvioms branduolinėms atliekoms jau dešimtmečius būdingas vienas esminis keblumas – jų pavojingumas išlieka neįsivaizduojamai ilgą laiką, gerokai pranokstantį žmonių civilizacijos trukmę. Panaudotas branduolinis kuras reikalauja brangaus ir itin ilgalaikio saugojimo, o tai iki šiol buvo sunkiausia visos branduolinės energetikos užduotis.
Jungtinių Valstijų mokslininkai teigia, kad egzistuoja būdas šį laikotarpį radikaliai sutrumpinti. Jie kuria technologiją, kuri leistų paversti pavojingas medžiagas gerokai mažiau kenksminga forma ir kartu pagaminti papildomos energijos. Tai skamba tarsi mokslinė fantastika, tačiau projektas „NEWTON“ gavo 8,17 mln. JAV dolerių finansavimą iš JAV Energetikos departamento – tai maždaug 33 mln. eurų ekvivalentas.
Kaip dalelių greitintuvai gali mažinti radioaktyvumą?
Pagrindinis sprendimo elementas – dalelių greitintuvais varomos sistemos, vadinamos ADS (angl. Accelerator-Driven Systems). Jų veikimo principas sudėtingas, tačiau iš esmės kalbama apie tikslinį branduolinių atliekų „bombardavimą“ greitintuvu.
Supaprastintai galima sakyti, kad greitintuvas iššauna didelės energijos protonų pluoštą į specialų taikinį, pavyzdžiui, skystą gyvsidabrį. Ten vyksta vadinamoji spalacija – branduolinė reakcija, kurios metu išlaisvinamas galingas neutronų srautas.
Šie neutronai sąveikauja su panaudotame kure esančiais ilgai gyvenančiais radionuklidais. Vykstant transmutacijai, pavojingi izotopai virsta tokiais, kurių skilimo pusperiodis gerokai trumpesnis. Taip atliekant dalijimą ir perdirbimą, medžiagos, kurios šiandien kelia grėsmę dešimtims ar net šimtams tūkstančių metų, teoriškai galėtų tapti santykinai saugios jau po maždaug trijų šimtmečių.
„Jefferson Lab“ antpralaidumo (superlaidumo) mokslo ir technologijos skyriaus vadovas Rongli Gengas pabrėžia, kad tai iš esmės keičia požiūrį į branduolinį saugumą: vietoj šimtatūkstantmečių laikotarpio radioaktyvumo mažinimą būtų galima sutrumpinti iki kelių šimtmečių.
Atliekos kaip papildomas energijos šaltinis
Transmutacijos procesas ne tik mažina pavojų, bet ir išskiria didžiulius šilumos kiekius. Tai nėra bevertis šalutinis produktas – šilumą galima panaudoti elektros energijai gaminti ir tiekti ją į tinklą.
Tokiu atveju radioaktyvios atliekos iš sunkiai sprendžiamos naštos virstų papildomu, beveik beemisiniu elektros energijos šaltiniu. Tai iš esmės pakeistų branduolinės energetikos ekonomiką: šiandien ilgalaikis atliekų saugojimas ir nuolatinė jų priežiūra sudaro didelę dalį kaštų. Jei atliekos pradėtų generuoti pajamas, finansinis balansas atrodytų visiškai kitaip – bent jau teoriniu lygmeniu.
Kelias į komerciją: efektyvumas ir galia
Kad ADS sistemos būtų ekonomiškai pagrįstos, mokslininkai turi įveikti du pagrindinius iššūkius – pasiekti didelį efektyvumą ir pakankamą galią. Darbai vyksta abiem kryptimis vienu metu.
Viena vertus, kuriamos specialios niobio ir alavo lydinio rezonansinės ertmės, galinčios veikti aukštesnėje temperatūroje. Tai leistų atsisakyti brangių nestandartinių kriogeninių sistemų ir vietoj jų naudoti įprastus pramoninius šaldymo įrenginius.
Kita vertus, tobulinamas energijos tiekimo šaltinis. Projektui numatyta panaudoti technologiją, gerai žinomą iš buitinės technikos – magnetronus, naudojamus mikrobangų krosnelėse. Tiesa, čia jie būtų visiškai kitokio masto ir preciziškumo. Sistema turi patikimai tiekti 10 megavatų galią labai tikslia 805 MHz dažnio banga, idealiai suderinta su greitintuvo ertme.
Pats R. Gengas pripažįsta, kad tikrasis išbandymas prasidės tuomet, kai reikės pereiti nuo laboratorinio prototipo prie technologijos, galinčios daugelį metų veikti stabiliai ir patikimai pramoninėmis sąlygomis.
Ambicingas tikslas: perdirbti JAV kurą per 30 metų
„NEWTON“ programa išsikėlė itin ambicingą uždavinį – per artimiausius tris dešimtmečius sukurti sąlygas perdirbti visą komerciniams reaktoriams priklausantį panaudoto branduolinio kuro kiekį Jungtinėse Valstijose. Tam neužteks tik patobulinti pačią technologiją – reikės nuo nulio sukurti visą pramoninę infrastruktūrą.
Dėl šios priežasties „Jefferson Lab“ nuo pradžių dirba kartu su privačiais partneriais: „RadiaBeam“, „General Atomics“ ir „Stellant Systems“. Jų patirtis plečiant gamybos mastą ir optimizuojant sudėtingus inžinerinius procesus turėtų padėti kuo greičiau pereiti nuo bandomųjų sistemų prie komercinių įrenginių.
Jei planas pavyktų, Jungtinės Valstijos išspręstų problemą, kuri jau daugelį metų stabdo platesnį branduolinės energetikos priėmimą visuomenėje. Užuot begalinius ginčus kėlus dėl naujų ilgalaikių atliekynų vietos, sektorius galėtų sutelkti dėmesį į aktyvų ir produktyvų radioaktyviųjų medžiagų valdymą.
Tokio scenarijaus įgyvendinimas per numatytą laiką – milžiniškas iššūkis. Tačiau sėkmės atveju tai reikštų tikrą lūžio tašką branduolinės energetikos istorijoje: pavojingos atliekos virstų ištekliumi, o gąsdinantys šimtai tūkstančių metų – kelių šimtmečių horizontu, su kuriuo žmonija geba realiai tvarkytis.
