Neutralizacja odpadów atomowych w próżni - Transmutacja może zastąpić obiekty ostatecznego składowania

Neutralizacja odpadów atomowych w próżni - Transmutacja może zastąpić obiekty ostatecznego składowania

Radioaktywne odpady z elektrowni atomowych muszą być składowane przez kilka tysiącleci, zanim przestaną emitować promieniowanie. Jednak mogłaby je zneutralizować transmutacja, dzięki czemu byłyby w dużym stopniu bezpieczne — przynajmniej w teorii. W tym procesie kluczową rolę odgrywają pompy próżniowe.
06.3_Transmutation.jpg

Transmutacja zamiast składowania to obiecujący sposób na przemianę wysoce radioaktywnych odpadów w nieradioaktywne materiały lub przynajmniej na znaczne skrócenie okresu połowicznego rozpadu. Jednym z wymogów tego procesu jest próżnia.

Okres połowicznego rozpadu trwający 15 milionów lat

Około 1% zużytych prętów paliwowych stanowią problematyczne materiały, w tym radioaktywny pluton i inne wysoce radioaktywne izotopy, których okresy półtrwania wynoszą nawet 15 milionów lat. Dziś zakłady ponownego przetwarzania odzyskują pluton i pozostały rozszczepialny uran, aby tworzyć nowe pręty paliwowe. Pozostałe niebezpieczne materiały były wcześniej kandydatami do niemal nieskończonego procesu ostatecznego składowania. Okazało się jednak, że możliwe jest ich chemiczne oddzielenie i poddanie modyfikacjom fizycznym, czyli transmutacji.

Transmutacja odbywa się w tzw. systemie sterowanym akceleratorem (ADS). Podstawowym elementem systemu ADS jest akcelerator cząstek o długości stu metrów, w którym protony są przyspieszane do prędkości zbliżonych do prędkości światła. W trakcie tego procesu cząsteczki nie mogą ze sobą kolidować. Dlatego specjalne pompy próżniowe wytwarzają ultrawysoką próżnię o wartości od 10-6 hPA do 10-10 hPa.

Pożądany rozpad

Protony uderzają w mieszaninę metali ciężkich przy ogromnej ilości energii kinetycznej i ich jądra ulegają rozpadowi. Powoduje to uwolnienie neutronów, które następnie uderzają z dużą energią w cząsteczki odpadu atomowego. To bombardowanie rozpoczyna wiele procesów rozpadu w jądrach atomowych radioaktywnego izotopu. W dużej mierze transmutują one do postaci stabilnych — nieradioaktywnych — izotopów lub radioaktywnych cząsteczek o znacznie krótszych okresach półtrwania. W kilku cyklach można sukcesywnie zmniejszyć liczbę krytycznych izotopów.

W przeciwieństwie do rozszczepiania jądra atomu transmutacja nie może nasilać się do niekontrolowanego poziomu. Po wyłączeniu wiązki protonów reakcja łańcuchowa się zatrzymuje. Zasadniczo ten proces może generować więcej energii, niż potrzebuje. Dotychczas wszystko odbywało się w laboratoriach. Od lat 90. XX wieku naukowcy badają stosowanie systemów ADS na skalę przemysłową. Pierwszy pilotażowy system ma rozpocząć pracę w 2020 roku w Japonii. Eksploatację drugiego, w Mol w Belgii, zaplanowano na rok 2023. Jedna elektrownia wykorzystująca recykling odpadów atomowych mogłaby każdego roku przetwarzać wysoce radioaktywny odpad z 10 elektrowni. To znacząco wpłynęłoby na rozwiązanie problemu ostatecznego składowania odpadów atomowych. 


Zużyte pręty paliwowe zawierają 95% uranu i 1% plutonu. Najpierw są one rozbijane mechanicznie, a następnie rozpuszczane w kwasie azotowym. Reakcje chemiczne oddzielają od siebie uran, pluton i inne składniki. Około 10% uranu można ponownie wzbogacić i użyć w nowych prętach paliwowych. Również pluton jest przetwarzany na potrzeby paliwa atomowego.

Jednak około 90% materiału pozostałego po tym procesie recyklingu stanowią odpady składające się z radioaktywnych izotopów wielu pierwiastków, od arsenu do terbu. Z tych radioizotopów wciąż można wydobyć niewielką ilość materiałów, które nadają się do wykorzystania jako źródła radioaktywne do celów medycznych lub naukowych. Resztę odpadów rozdziela się następnie na materiał radioaktywny niskiego, średniego i wysokiego poziomu. Około 7% to odpady wysoce radioaktywne, a 1% stanowią „odpady problematyczne", które czasami trzeba składować przez miliony lat, chyba że zostaną poddane transmutacji. Objętość odpadów atomowych, które wymagają składowania przez tysiące lat, znacznie się zmniejszyła dzięki ponownemu przetwarzaniu.


Subskrybuj biuletyn „World of Vacuum"!
Subskrybuj teraz, aby otrzymywać najnowsze ciekawe wiadomości z branży urządzeń próżniowych.

SUBSKRYBUJ