Zasada działania nowego paliwa jądrowego
Klucz do zrozumienia tej innowacji leży w podstawowej wadzie obecnie stosowanych rozwiązań. W trakcie pracy reaktora, pod wpływem intensywnego napromieniowania, paliwo metaliczne zmienia swoją objętość i strukturę. Proces ten prowadzi do fizycznego kontaktu z otaczającą je osłoną, która ma za zadanie izolować radioaktywne materiały od reszty instalacji.
Czytaj też: Ta substancja miała uratować panele przed korozją. Teraz rewolucjonizuje pięć różnych branż
Proponowane rozwiązanie wykorzystuje nanocząstki azotku uranu, które pełnią rolę wewnętrznych strażników. Rozproszone w metalicznej matrycy paliwa, wychwytują niebezpieczne produkty rozszczepienia – głównie lotne gazy i pierwiastki – zanim te zdążą dotrzeć do zewnętrznej osłony i rozpocząć proces jej degradacji. Badania opublikowane w Advanced Materials potwierdzają, iż interfejs między nanocząstką a otaczającym ją metalem działa niezwykle skutecznie.
Idea polega na tym, czy możemy uwięzić produkty rozszczepienia w samej matrycy metalicznej, zanim dotrą one do osłony? Jeśli tak, mówimy o paliwach dla następnej generacji reaktorów jądrowych – podkreśla Samrat Choudhury
Mniej odpadów, więcej energii
Konsekwencje takiego rozwiązania wykraczają daleko poza samą kwestię bezpieczeństwa i trwałości elementów reaktora. Gdy paliwo może pozostać aktywne w rdzeniu przez dłuższy czas, efektywność jego wykorzystania gwałtownie rośnie. W praktyce oznacza to, że z tej samej porcji materiału rozszczepialnego można uzyskać znacznie więcej energii elektrycznej, przy jednoczesnym spowolnieniu tempa przyrostu odpadów. Indrajit Charit z University of Idaho zwraca uwagę na efekt domina. Ochrona osłony przed przedwczesną degradacją pozwala na pełniejsze wypalenie paliwa, co bezpośrednio przekłada się na wyższą wydajność całej elektrowni. To ekonomiczny argument, który w połączeniu z ekologicznym, może stać się silnym motorem zmian.
Czytaj też: Starożytna śruba rozwiązała problem nowoczesnej fizyki. Archimedes miał rację dwa tysiące lat temu
Entuzjazm należy jednak temperować świadomością wyzwań, jakie stoją przed każdą nową technologią jądrową. Proces certyfikacji nowego rodzaju paliwa to bowiem zadanie na lata, a nie miesiące. Potencjał jest jednak ogromny. Energetyka jądrowa, pozbawiona emisji CO2, o wysokiej gęstości mocy i stabilnych dostawach, mogłaby odgrywać kluczową rolę w transformacji energetycznej. Jeśli uda się choć w części zredukować problem odpadów, który od dziesięcioleci jest jej piętą achillesową, społeczna percepcja tej technologii mogłaby ulec znaczącej poprawie.