Amerykańscy naukowcy twierdzą jednak, że istnieje sposób, by radykalnie skrócić ten okres. Pracują nad technologią, która miałaby przekształcić kłopotliwe materiały w znacznie mniej groźną formę, a przy okazji wyprodukować dodatkową energię. Brzmi jak science-fiction? Być może, ale projekt NEWTON otrzymał od Departamentu Energii finansowanie w wysokości 8,17 miliona dolarów, co przekłada się na około 33 miliony złotych.
Jak akceleratory cząstek mogą neutralizować radioaktywność?
Kluczem do rozwiązania mają być systemy napędzane akceleratorami, w skrócie ADS. Ich zasada działania, choć skomplikowana, sprowadza się do precyzyjnego bombardowania odpadów jądrowych. W uproszczeniu, akcelerator wystrzeliwuje wiązkę wysokoenergetycznych protonów w specjalny cel, na przykład ciekłą rtęć. To wyzwala proces spalacji, w wyniku którego uwalniany jest potężny strumień neutronów.
Neutrony te następnie oddziałują z długożyciowymi izotopami obecnymi w zużytym paliwie. W efekcie tej reakcji, zwanej transmutacją, niebezpieczne pierwiastki przekształcają się w formy o znacznie krótszym okresie rozpadu. Dzięki takiemu partycjonowaniu i recyklingowi, materiały groźne przez dziesiątki tysięcy lat mogłyby stać się względnie bezpieczne już po trzech stuleciach.
Rongli Geng, szef działu nauki i technologii nadprzewodnictwa w Jefferson Lab, wskazuje, że to fundamentalna zmiana w myśleniu o bezpieczeństwie jądrowym. Zamiast magazynować odpady przez sto tysięcy lat, można skrócić ten okres do trzech stuleci.
Odpady jako źródło dodatkowej energii
Proces transmutacji nie tylko redukuje zagrożenie, ale również generuje ogromne ilości ciepła. I tutaj pojawia się dodatkowa korzyść – to ciepło nie jest bezwartościowym produktem ubocznym. Można je wykorzystać do produkcji energii elektrycznej i oddać do sieci. W ten sposób kłopotliwe odpady przestają być wyłącznie balastem, a zaczynają pełnić rolę dodatkowego, bezemisyjnego źródła prądu.
Taka perspektywa mogłaby całkowicie odmienić ekonomikę energetyki jądrowej. Dotychczas koszty składowania i monitorowania odpadów stanowiły poważne obciążenie finansowe. Gdyby udało się zamienić je w źródło przychodu, cały bilans wyglądałby zupełnie inaczej. To marzenie każdego inwestora, choć na razie pozostaje w sferze ambitnych planów.
Droga do komercjalizacji: wydajność i moc
Aby system ADS stał się opłacalny, naukowcy muszą uporać się z dwoma kluczowymi wyzwaniami: wydajnością i mocą. Prace toczą się równolegle w obu kierunkach. Z jednej strony, badacze rozwijają specjalne wnęki wykonane z niobu i cyny, które są w stanie działać w wyższych temperaturach. To pozwoliłoby zrezygnować z drogich, niestandardowych instalacji kriogenicznych na rzecz zwykłych, komercyjnych urządzeń chłodzących.
Z drugiej strony, trwają prace nad źródłem zasilania. Pomysłodawcy sięgają po technologię dobrze znaną z kuchenek mikrofalowych – magnetrony. Oczywiście, te używane w projekcie mają być na zupełnie innym poziomie skali i precyzji. Cały system musi dostarczyć stabilnie 10 megawatów mocy przy bardzo konkretnej częstotliwości 805 MHz, idealnie dopasowanej do wnęki akceleratora.
Geng przyznaje, że prawdziwym sprawdzianem będzie przejście z poziomu zaawansowania laboratoryjnego do technologii gotowej do wieloletniej, niezawodnej pracy w warunkach przemysłowych.
Ambitny plan: recykling paliwa w 30 lat
Program NEWTON postawił sobie niezwykle śmiały cel: umożliwić recykling całego komercyjnego zapasu zużytego paliwa jądrowego w Stanach Zjednoczonych w ciągu najbliższych trzech dekad. To wymaga nie tylko dopracowania samej technologii, ale także zbudowania od podstaw odpowiedniej infrastruktury na skalę przemysłową.
Dlatego Jefferson Lab od samego początku współpracuje z partnerami z sektora prywatnego, takimi jak RadiaBeam, General Atomics i Stellant Systems. Ich doświadczenie w skalowaniu rozwiązań i optymalizacji procesów ma pomóc w jak najszybszym przejściu z fazy prototypu do komercyjnej produkcji. Jeśli ten plan się powiedzie, Stany Zjednoczone mogłyby rozwiązać problem, który od lat blokuje szerszą akceptację dla atomu.
Zamiast niekończących się sporów o lokalizację składowisk, branża mogłaby skupić się na aktywnym i produktywnym zarządzaniu materiałami promieniotwórczymi. To wizja kusząca, choć jej realizacja w zakładanym czasie wydaje się nie lada wyzwaniem. Sukces oznaczałby prawdziwy przełom, ale droga do niego jest długa, kosztowna i usiana technicznymi przeszkodami.