Νέα διαδικασία συντομεύει το χρονοδιάγραμμα πυρηνικών αποβλήτων από 100.000 χρόνια σε μόνο εκατοντάδες

Η πυρηνική ενέργεια δεν είναι τόσο καθαρή όσο θέλουμε να πιστεύουμε. Οι σχετικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής παράγουν μικρές ποσότητες πυρηνικών αποβλήτων που απαιτούν σωστή διάθεση. Ο κύριος εχθρός εδώ είναι ο χρόνος. Όλα τα ραδιενεργά υλικά χάνουν τελικά τη ραδιενέργεια τους, αλλά η διαδικασία μπορεί να διαρκέσει εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια. Ωστόσο, μια ομάδα ερευνητών έχει βρει έναν τρόπο να ξεκουράσει χιλιετίες από την αναμονή.

Πρόσφατα, το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ ανακοίνωσε ότι η Εθνική Εγκατάσταση Επιταχυντή Thomas Jefferson, ή Jefferson Lab εν ολίγοις, θα οδηγούσε ένα πρόγραμμα για τη βελτίωση της διαχείρισης των αποβλήτων των πυρηνικών σταθμών. Το έργο περιστρέφεται γύρω από τη χρήση επιταχυντών σωματιδίων για τη μείωση της ραδιενεργής αποσύνθεσης των μη επεξεργασμένων ράβδων αναλωμένου πυρηνικού καυσίμου από 100.000 χρόνια σε περίπου 300 χρόνια.

Εάν το έργο, που ονομάζεται πρόγραμμα Nuclear Energy Waste Transmutation Optimized Now (NEWTON), είναι επιτυχές, οι μηχανικοί μπορούν να το χρησιμοποιήσουν για την αποτοξίνωση των πυρηνικών αποβλήτων ξεκινώντας σε 30 χρόνια. Και αυτό γίνεται μόνο με τη χρήση της τεχνολογίας που έχουμε αυτή τη στιγμή διαθέσιμη. Ανάλογα με το πόσο γρήγορα εξελίσσεται η σχετική τεχνολογία, μπορεί μια μέρα να έχουμε επιταχυντές σωματιδίων που μπορούν να μειώσουν τη ραδιενεργή ζωή των χρησιμοποιημένων πυρηνικών ράβδων σε μόλις δεκαετίες.

Παρά το τι μπορεί να ισχυρίζονται τα βιντεοπαιχνίδια όπως το “Fallout”, δεν μπορείτε απλώς να ρουφήξετε την ακτινοβολία από κάτι και να τη διαχέετε ακίνδυνα στον αιθέρα. Το έργο NEWTON επιτυγχάνει τον σκοπό του μετατρέποντας επικίνδυνα ραδιενεργά ισότοπα σε ελαφρώς λιγότερο ραδιενεργά ισότοπα. Εξακολουθούν να είναι επικίνδυνα (όλα τα ραδιενεργά πυρηνικά απόβλητα συνοδεύονται από κάποιον εγγενή κίνδυνο), απλώς πιο διαχειρίσιμα. Ειλικρινά, είναι ό,τι πιο κοντά έχει έρθει ποτέ κάποιος στην αλχημεία της πραγματικής ζωής, επομένως το μέρος “μεταστοιχείωσης” του ονόματος είναι αρκετά εύστοχο.

Ο επιταχυντής σωματιδίων του Jefferson Lab λειτουργεί εκτοξεύοντας δέσμες πρωτονίων υψηλής ενέργειας σε υλικά όπως ο υγρός υδράργυρος. Καθώς ο επιταχυντής το κάνει αυτό, το υλικό απελευθερώνει νετρόνια σε δοχεία πυρηνικών αποβλήτων που είναι ασφαλισμένα μέσα στη συσκευή μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως “spalling”. Τα νετρόνια συνδέονται με το χρησιμοποιημένο πυρηνικό καύσιμο, ουσιαστικά αραιώνοντας το υλικό, μειώνοντας τη ραδιενεργή ζωή του. Α, και η αντίδραση παράγει επίσης ηλεκτρισμό, που είναι πάντα θετικό.

Τι συμβαίνει λοιπόν αφού ο επιταχυντής NEWTON ολοκληρώσει τη μετατροπή των ραδιενεργών αποβλήτων; Είτε η μεταστοιχειωμένη ύλη θαφτεί (με ασφάλεια, προσέξτε – τα πυρηνικά απόβλητα δεν εξαφανίζονται ακριβώς) για 300 χρόνια, είτε ανακυκλώνεται και χρησιμοποιείται σε «ευεργετική χρήση».

Όταν το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ έδωσε στο Jefferson Lab 8,17 εκατομμύρια δολάρια σε χρήματα επιχορήγησης για το πρόγραμμα NEWTON, η κυβέρνηση χρηματοδοτούσε τεχνικά δύο διαφορετικά έργα. Αυτές οι επιχορηγήσεις δεν θα διατεθούν για την κατασκευή του επιταχυντή σωματιδίων, αλλά θα τον κάνουν πιο αποτελεσματικό.

Το πρώτο έργο στο πρόγραμμα NEWTON έχει σχεδιαστεί για να “ενισχύει τα εξαρτήματα του επιταχυντή σωματιδίων SRF”. Σύμφωνα με Jefferson Labοι σύγχρονοι επιταχυντές επικαλύπτονται με ένα ειδικό υλικό που ονομάζεται νιόβιο, το οποίο γίνεται υπεραγώγιμο σε χαμηλές θερμοκρασίες. Η επίστρωση είναι αποτελεσματική αλλά απαιτεί ακριβό κρυογονικό εξοπλισμό. Τα μισά από τα χρήματα της επιχορήγησης θα διατεθούν για τη δοκιμή εάν η προσθήκη ενός στρώματος κασσίτερου στο εσωτερικό της επιφάνειας του νιοβίου θα την καταστήσει ακόμα πιο αποτελεσματική. Θεωρητικά, ο συνδυασμός υλικών θα επιτρέψει επίσης στον επιταχυντή να λειτουργεί σε υψηλότερες θερμοκρασίες, αποκλείοντας έτσι την ανάγκη για δαπανηρή ψύξη. Το άλλο μισό των χρημάτων της επιχορήγησης θα διατεθεί για την «τροφοδοσία» των κοιλοτήτων του επιταχυντή SRF με ένα μαγνήτρον. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι ένα μαγνήτρον θα μπορούσε να τροφοδοτήσει τις δέσμες σωματιδίων, αλλά πρέπει να δοκιμάσουν πόση ενέργεια απαιτείται και πώς να την κάνουν να ταιριάζει με τη συχνότητα της κοιλότητας του επιταχυντή σωματιδίων. Η αποτελεσματικότητα θα είναι το κλειδί.

Εάν το Jefferson Lab είναι επιτυχές, το ίδρυμα μπορεί να είχε βρει έναν τρόπο να κάνει την πυρηνική ενέργεια ακόμα πιο καθαρή.