Один експерт з фізики запевняє, що його задум щодо застосування ядерних залишків в ролі пального для термоядерної енергетики може допомогти Сполученим Штатам стати лідером в галузі економіки термоядерного синтезу.
За попередніми підрахунками, використовуючи 1 гігават потужності, нещодавно запропонована схема здатна продукувати 4,4 фунта (2 кілограми) тритію щорічно. (Зображення: Yuichiro Chino via Getty Images) Підпишіться на нашу розсилку
Дослідник запевняє, що відпрацьовані ядерні матеріали можна трансформувати в рідкісний ізотоп, необхідний для термоядерного синтезу, котрий теоретично може забезпечити практично безмежний обсяг екологічно чистої енергії.
Радіоактивна форма водню, відома як тритій, не є поширеною на Землі, її генерація є недешевою і може здійснюватися в обмеженій кількості. На осінній зустрічі Американського хімічного товариства (ACS) цього тижня Теренс Тарновський, фізик з Лос-Аламоської національної лабораторії, висловив думку, що тритій може бути вилучений з побічного продукту ядерного розпаду, який живить сучасні атомні реактори.
Однак на даний момент термоядерний синтез нереалізований в комерційному масштабі, оскільки науковці ще не розробили методику досягнення повномасштабного запалювання — точки, в якій самопідтримувана реакція виробляє більше енергії, ніж споживається.
Разом з тим, значною перешкодою є вартість таких компонентів, як тритій.
«Термоядерний синтез має потенціал забезпечити нешкідливу та велику кількість енергії», – заявив Тарновський Live Science. «Проте, в даний час, тритій обмежений у доступності та має високу ціну, і це є перешкодою для успіху цієї технології».
Ефективне виробництво тритію
Тарновський зазначив, що перше покоління термоядерних реакторів, які будуть живити енергосистему, ймовірно, покладатиметься на реакцію, що вимагає тритію. Хоча інші реакції синтезу, такі як синтез дейтерію та гелію-3, теоретично могли б використовуватися для генерації енергії, для їх функціонування потрібні значно вищі температури, що робить їх дорожчими та менш практичними.
Але збір великої кількості тритію становить проблему: цей ізотоп є радіоактивним і має дуже короткий період напіврозпаду. Запаси тритію зменшуються на 5,5% щорічно, «тому неможливо зберігати надлишок тритію в сховищі та отримати його в повному обсязі через 50 років, як це можливо з іншими джерелами енергії», — пояснив Тарновський.
Для успішного застосування майбутніх реакторів ядерного синтезу знадобиться новий, менш дорогий метод виробництва тритію, підкреслив Тарновський. «Потрібно мати вже розгорнуту та функціонуючу потужність».
Сучасні атомні електростанції використовують ядерний поділ, під час якого атоми розщеплюються та виділяють енергію. Але поділ призводить до утворення значного обсягу довгоіснуючих ядерних відходів. Відпрацьоване ядерне паливо — паливо, яке колись використовувалося для ядерного поділу, але більше не придатне для використання — складається з невикористаного урану та плутонію, а також продуктів поділу, таких як ізотопи стронцію та йоду, розпад яких може тривати до сотень мільйонів років, згідно з інформацією Агентства з охорони навколишнього середовища США.
Тарновський пропонує отримувати тритій з великої кількості все ще радіоактивних ядерних відходів, використовуючи прискорювач частинок для руйнування атомів у цих відходах. Атоми, що розділяються, пройдуть крізь послідовність реакцій, у кінцевому підсумку утворюючи тритій. Цей процес не ліквідує ядерні відходи, оскільки залишки цього процесу будуть так само небезпечними, як і вихідний матеріал, але цей побічний продукт отримає подальше використання.
Основні принципи конструкції не є новими, зазначив Тарновський у заяві ACS, але останні технологічні досягнення можуть зробити цей спосіб виробництва тритію значно результативнішим.
За попередніми обчисленнями Тарновського, використовуючи 1 гігават енергії, що коштує як мінімум десятки мільйонів доларів, дана система могла б виготовляти 4,4 фунта (2 кілограми) тритію на рік. Цей обсяг тритію, при використанні його для термоядерного синтезу, міг би забезпечити енергією десятки тисяч домівок у США протягом року.
Тарновський припускає, що дана конструкція може виробляти більш ніж у 10 разів більше ізотопу, ніж інші методи, використовуючи ідентичну кількість енергії.
«Дуже значний зсув парадигми»
Тарновський підкреслив у своїй заяві, що зараз у США немає стабільних, прогнозованих та недорогих джерел тритію, вартість якого становить близько 15 мільйонів доларів за фунт (33 мільйони доларів за кілограм). У той же час, у нас є тисячі тонн ядерних відходів, зберігання яких є недешевим, і вони потенційно небезпечні для навколишнього середовища.
«Ця технологія вже доступна сьогодні», – сказав він виданню Live Science. «Це був би дуже великий зсув парадигми щодо використання відпрацьованого ядерного палива, яке вже є власністю уряду».
Багато деталей ще потребують розробки, перш ніж Тарновський зможе сформулювати повноцінну пропозицію щодо того, як це функціонуватиме.
Але Тарновський тішиться, що його задум зараз сприймається позитивно, враховуючи, що ядерні катастрофи, такі як на Три-Майл-Айленді та в Чорнобилі, зробили ядерну енергетику забороненою темою ще декілька десятиліть тому. «Часи змінилися», – підсумував він для Live Science.
Sourse: www.livescience.com