Radioaktivní odpad z atomových elektráren se musí skladovat několik tisíciletí, než přestane vyzařovat. Transmutace by ji však mohla neutralizovat, takže by alespoň v zásadě nebyla nebezpečná. Vývěvy hrají v tomto procesu klíčovou roli.
Slibným přístupem k přeměně vysoce radioaktivního odpadu na neradioaktivní materiál nebo alespoň ke zkrácení doby poločasu rozpadu na přijatelnou dobu je transmutace namísto skladování. Vakuum je jednou z podmínek tohoto procesu.
Poločas rozpadu 15 milionů let
Asi jedno procento vyhořelých palivových tyčí tvoří problematický materiál, včetně radioaktivního plutonia a dalších vysoce radioaktivních izotopů, jejichž poločas rozpadu může být až 15 milionů let. Již dnes recyklační závody recyklují plutonium a zbývající štěpný uran na výrobu nových palivových tyčí. Zbývající vysoce nebezpečné materiály byly dříve kandidátem na téměř nekonečný proces konečného skladování. Je však také možné je chemicky oddělit a následně podrobit fyzikálním změnám (transmutace).
Transmutace probíhá v tzv. urychlovačem řízeném systému (ADS). Základním prvkem ADS je sto metrů dlouhý urychlovač částic, v němž jsou protony urychlovány na rychlosti blízké rychlosti světla. Částice se při tomto procesu nesmí srážet s jinými částicemi. Z tohoto důvodu vytvářejí speciální vývěvy v systému ultravysoké vakuum o hodnotě 10-6 do 10-10 hPa.
Požadovaný rozpad
Protony dopadají na směs těžkých kovů s obrovskou kinetickou energií a jejich jádra vybuchují. Tím se uvolňují neutrony, které nyní s vysokou energií dopadají i na částice atomového odpadu. Jejich bombardování spouští mnoho rozpadových procesů v atomových jádrech radioaktivního izotopu. Do značné míry se přeměňují na stabilní – neradioaktivní – izotopy nebo na radioaktivní částice s výrazně kratším poločasem rozpadu. Počet kritických izotopů lze postupně snižovat v několika kolech.
Na rozdíl od jaderného štěpení se transmutace nemůže vymknout kontrole. Pokud se protonový svazek vypne, řetězová reakce se zastaví. V zásadě může tento proces stále vyrábět více energie, než je potřeba. V laboratořích to už nějakou dobu funguje. Výzkumníci zkoumají ADS v průmyslovém měřítku od 90. let 20. století. První pilotní systém by měl začít fungovat v Japonsku v roce 2020. Druhá by měla zahájit provoz v roce 2023 v belgickém městě Mol. Elektrárna na recyklaci atomového odpadu by mohla zpracovávat vysoce radioaktivní odpad z deseti jaderných elektráren ročně. Problém konečného skladování atomového odpadu by měl konečně zvládnutelné rozměry.
Neutralizace jaderného odpadu ve vakuu
Transmutace by mohla nahradit konečná skladovací zařízení
Jak se palivové články přepracovávají?
Vyhořelé palivové tyče obsahují 95 procent uranu a jedno procento plutonia. Nejprve se mechanicky rozdrtí a poté se rozpustí v kyselině dusičné. Chemickými reakcemi se od sebe oddělí uran, plutonium a další zbývající materiály. Přibližně 10 % uranu může být znovu obohaceno pro použití v nových palivových tyčích. Plutonium se také zpracovává na jaderné palivo.
Přibližně 90 % materiálu zbývajícího po tomto recyklačním procesu však tvoří odpad, který se skládá z radioaktivních izotopů mnoha prvků, od arsenu po terbium. Z těchto radioizotopů lze ještě získat nepatrné množství materiálu, který lze použít jako radioaktivní zdroj pro lékařské nebo vědecké účely. Zbylý odpad se následně rozdělí na nízko, středně a vysoce radioaktivní materiál. Asi sedm procent tvoří vysoce radioaktivní odpad a přibližně jedno procento "problémový odpad", který by musel být v některých případech skladován miliony let, pokud by nedošlo k transmutaci. Objem atomového odpadu, který se musí skladovat po tisíciletí, se díky přepracování výrazně sníží.
Vyhořelé palivové tyče obsahují 95 procent uranu a jedno procento plutonia. Nejprve se mechanicky rozdrtí a poté se rozpustí v kyselině dusičné. Chemickými reakcemi se od sebe oddělí uran, plutonium a další zbývající materiály. Přibližně 10 % uranu může být znovu obohaceno pro použití v nových palivových tyčích. Plutonium se také zpracovává na jaderné palivo.
Přibližně 90 % materiálu zbývajícího po tomto recyklačním procesu však tvoří odpad, který se skládá z radioaktivních izotopů mnoha prvků, od arsenu po terbium. Z těchto radioizotopů lze ještě získat nepatrné množství materiálu, který lze použít jako radioaktivní zdroj pro lékařské nebo vědecké účely. Zbylý odpad se následně rozdělí na nízko, středně a vysoce radioaktivní materiál. Asi sedm procent tvoří vysoce radioaktivní odpad a přibližně jedno procento "problémový odpad", který by musel být v některých případech skladován miliony let, pokud by nedošlo k transmutaci. Objem atomového odpadu, který se musí skladovat po tisíciletí, se díky přepracování výrazně sníží.