Переработка ядерных отходов: мобильная энергия будущего

Проблема утилизации ядерных отходов является одной из ключевых для современных инженеров-ядерщиков. В Соединенных Штатах уже накоплено около 90 000 метрических тонн отработавшего ядерного топлива, хранящегося в бетонных контейнерах на площадках атомных электростанций. Ежегодно к этой цифре прибавляется еще около 2 000 тонн.

В то время как предыдущие поколения специалистов искали безопасные места для окончательного захоронения и разрабатывали методы защиты от радиации, профессор Ник Браун из Университета Теннесси, Ноксвилл, предлагает принципиально иной подход. Он рассматривает отработавшее ядерное топливо не как проблему, а как национальный ресурс, содержащий множество ценных материалов.

В рамках проекта MATRICY (Matrix Engineered TRISO Compacts Enabling Advanced Reactor Fuel Cycles), возглавляемого Университетом Стоуни-Брук, исследователи изучают возможность переработки тяжелых элементов из отработавшего ядерного топлива для использования в топливе для микрореакторов – компактных установок, размещаемых в стандартных контейнерах.

Результаты исследований показали, что такой подход не только возможен, но и чрезвычайно перспективен. Использование переработанного топлива может снизить стоимость энергии, вырабатываемой этими реакторами, в 4-7 раз, одновременно сократив объемы ядерных отходов на 93%.

Своевременность этого проекта подтверждается недавними инициативами правительства США, направленными на увеличение ядерной энергомощности и эффективную переработку отработавшего ядерного топлива. По словам Брауна, ядерная энергетика является одним из наиболее важных источников низкоуглеродной электроэнергии и тепла. Он подчеркивает важность минимизации нагрузки от ядерных отходов для будущих поколений, отмечая, что данное исследование предвосхитило текущий интерес федерального правительства к подобным технологиям.

Сотрудничество с профессором Джейсоном Трелевичем из Университета Стоуни-Брук, начавшееся с проекта по разработке материалов для замедлителей нейтронов, привело к идее использования переработанного топлива. Команда из Стоуни-Брук занимается разработкой методов изготовления и синтеза топливных и замедляющих материалов, в то время как команда Брауна в Университете Теннесси работает над проектированием реакторов и оценкой их технологических и экономических преимуществ.

Выбор микрореакторов обусловлен их гибкостью и широким спектром применения. Такие мобильные установки могут использоваться для обеспечения энергией критически важной инфраструктуры, промышленных объектов и удаленных населенных пунктов. В отличие от большинства крупномасштабных реакторов, использующих высокообогащенный уран (HALEU), микрореакторы в рамках проекта MATRICY исследуют возможность использования трансурановых элементов, таких как плутоний, получаемых в результате переработки.

Исследования показали, что применение переработанных трансурановых элементов в качестве топлива обеспечивает значительное снижение объемов ядерных отходов и одновременно является экономически выгодным благодаря более высокой энергоемкости. Этот подход предлагает ответственное и эффективное решение для одной из самых актуальных проблем ядерной энергетики, позволяя снизить экологическую нагрузку для будущих поколений и генерировать чистую энергию.