Nukleáris hulladék: olyan kutatások zajlanak az USA-ban, ami mindent megváltoztathat

Amerikai kutatók azt javasolják, hogy a nukleáris hulladékot egy biztonságosabb nukleáris üzemanyaggá alakítsák át, azaz hasznosítsák a még fejlesztés alatt álló fúziós reaktorok egyik fő üzemanyagának előállításához.

Két legyet egy csapásra

Azt állítják, hogy talán találtak egy módszert arra, hogyan lehet a hagyományos, azaz a maghasadás elvén működő reaktorral szerelt atomerőművek hulladékát felhasználni egy tisztább nukleáris energia előállítására. E tisztábbnak nevezett nukleáris energia magfúzió során keletkezik, amikor az atommagok nehezebb elemekké egyesülnek energia felszabadulása mellett. Az eljárás nagy mennyiségű energiát ígér úgy, hogy közben minimális mennyiségű üvegházhatású gáz kerül a környezetbe. A technológia kereskedelmi célú fejlesztése azonban még korai szakaszban van.

Hasznosulna a nukleáris hulladék

A fúziós folyamat első lépéséhez a hidrogén két izotópjára, deutériumra és tríciumra van szükség. A deutérium könnyen hozzáférhető, azonban a trícium nagyon ritka, emiatt pedig nagyon drága. Ám éppen itt várható látványos haladás! A trícium előállítására ugyanis fel lehetne használni az Egyesült Államokban jelenleg tárolt több ezer tonna nukleáris hulladékot, erről Terence Tarnowsky, az új-mexikói Los Alamos Nemzeti Laboratórium fizikusa nyilatkozott. Eredményeit a kutató az Amerikai Kémiai Társaság (ACS) minapi ülésén mutatta be. 

„A bolygó teljes tríciumkészlete körülbelül 55 plusz-mínusz 31 font (25 plusz-mínusz 14 kilogramm). A trícium természetes módon fordul elő a felső légkörben” – idézi a fizikust az ACS közleménye. Tarnowsky a kereskedelmi forgalomban kapható trícium árát fontonként körülbelül 15 millió dollárra teszi. Becslése szerint 20 kilogramm trícium több mint 500 ezer otthon ellátására lenne képes hat hónapon keresztül, ha nukleáris fúzióra használják. Az Egyesült Államoknak azonban nincs trícium-előállító kapacitása, ellentétben Kanadával, amely a tríciumot a fissziós reaktorok melléktermékeként állítja elő.

Tarnowsky több számítógépes szimulációval értékelte a tríciumreaktorok feltételezett termelését és energiahatékonyságát. A reaktorok részecskegyorsítóval indítanák el a trícium termelését. Mivel a részecskegyorsítóval a reakció elindítható vagy leállítható, a folyamat biztonságosabb lenne, mint az atomerőművekben zajló hasadásos láncreakció – állítják a kutatók.

Bőven lenne trícium

A szimulációk szerint a reaktorok évente körülbelül 4,4 font tríciumot tudnának termelni, annyit, amennyit egy év alatt Kanada összes hasadóreaktora az ACS szerint. A rendszer körülbelül egy gigawatt energiával működne, ennyi körülbelül 800 ezer amerikai otthon éves energiaigényének felel meg, de a kutató további, kifinomultabb számítással kívánja meghatározni

• a javasolt tríciumreaktorok hatékonyságát
• és ennek alapján a trícium előállítási költségét.

Például új kódot tervez kidolgozni egy olyan modellhez, amely a nukleáris hulladékot olvadt lítiumsóval veszi körül, ami bevett terv az uránüzemanyaggal működő reaktoroknál, amelyet eddig csak tudományos kísérletekhez használtak. A só hűtő tulajdonságai biztonsági intézkedést jelenthetnek, és használata megnehezítené a hulladék kinyerését fegyverfejlesztés céljára. A kutatást a Los Alamos Nemzeti Laboratórium és a Nemzeti Nukleáris Biztonsági Hivatal finanszírozta.

A trícium előállítását tenyésztésnek nevezik. A folyamat atomreaktorokban zajlik, leggyakrabban lítium neutronbesugárzásával. Főként lítium-6 izotópot használnak.

Hogyan termelik most az atomenergiát?

Az atomerőművek maghasadással (fisszióval) termelnek energiát. A folyamat során a plutónium- vagy uránatomokat hasítanak szét, az azokból kijutó neutronok pedig további atomok hasadását okozzák egy láncreakcióban. Az atomerőműben a maghasadáskor keletkező hővel vízgőzt állítanak elő, amely turbinákat hajtva áramot termel. A hasadás során azonban olyan nukleáris hulladék is keletkezik, amely évezredekig veszélyesen radioaktív maradhat. Ezt a hulladékot gondosan kell tárolni, hogy megakadályozzuk a környezetszennyezést.

Mi a nukleáris fúzió?

A hasadással ellentétben a magfúzió során az atommagok egyesülnek, nehezebb atomokat hozva létre, ahogyan az a csillagokban, például a Napban is történik. Bár a magfúzió során az energia mellett keletkezik radioaktív hulladék is, ez sokkal kevésbé veszélyes és sokkal rövidebb élettartamú, mint amely a hasadáskor keletkezik. A fúzió tehát kevésbé környezetszennyező energiaforrás, és sokkal biztonságosabb a környezet számára. A Földön azonban egyelőre nagyon nehéz elindítani a fúziót. Az első olyan fúziós reakció, amely több energiát termelt, mint amennyi a beindításához kellett, mindössze két és fél évvel ezelőtt történt.