В Соединённых Штатах накопилось около 94 тысяч тонн высокоактивных ядерных отходов. Многие воспринимают их как опасный и бесполезный груз, который нужно надёжно хоронить на сотни тысяч лет. На деле это скорее «золотой запас» Форт-Нокса: в отработавшем ядерном топливе до сих пор остаётся около 90% урана и плутония, а также целый набор ценных изотопов.
Стронций-90, родий-103, палладий, америций-241 и другие элементы находят применение в медицине, промышленности и космических технологиях. Только изотопы в нынешних хранилищах оцениваются примерно в 24 миллиарда долларов, а топливная составляющая — в триллионы. Именно поэтому хранение отходов устроено так сложно: нужно не просто спрятать материал, а сохранить возможность извлечь его позже.
Проект REDUCE: быстрее, компактнее, эффективнее
Новый подход разрабатывают компании SHINE Technologies, Аргоннская национальная лаборатория и Университет Кейс Вестерн Резерв при поддержке Министерства энергетики США. Проект назвали REDUCE — Recover Elements – Destroy Undesirables – Create Energy (Извлечь элементы – Уничтожить нежелательное – Создать энергию).
Традиционный метод разделения PUREX использует высокие гравитационные колонны, где водные и органические растворители медленно обмениваются элементами. Процесс занимает часы, требует большого количества жидкостей, органические растворители разрушаются радиацией, а короткоживущие изотопы часто теряются. Кроме того, приходится тщательно контролировать, чтобы не создавать опасные концентрации чистого плутония.
REDUCE заменяет эту схему на оборудование PaCERS (Packed Centrifugal Equipment for Radiochemical Separation). Растворённое в азотной кислоте топливо пропускают через центрифуги, создающие ускорение свыше 1000 g. Разделение занимает секунды вместо часов. Объём жидкостей резко сокращается, установка получается гораздо компактнее, появляется возможность извлекать ценные короткоживущие изотопы, а концентрации плутония остаются под контролем.
Зачем это нужно
Главная цель — не только вернуть в оборот топливо и изотопы, но и радикально сократить объём отходов. То, что нельзя использовать повторно в коммерческих реакторах, планируют облучать нейтронами в специальных установках, превращая долгоживущие элементы в короткоживущие. Они распадутся за десятилетия, годы или даже минуты вместо сотен тысяч лет.
«Отработавшее ядерное топливо — это огромный ресурс, в котором много ценных материалов, которые можно извлекать вместо того, чтобы хранить или, что ещё хуже, окончательно захоранивать, — отметил Росс Радел (Ross Radel), технический директор SHINE. — Мы уже умеем разделять радиоактивные материалы для производства медицинских изотопов, и теперь применяем этот опыт, чтобы сделать PaCERS практически применимым. Это ещё один шаг к тому, чтобы ядерная энергия стала фактически возобновляемой».
Новая технология обещает превратить то, что считалось проблемой на тысячелетия, в источник топлива, медицинских препаратов и промышленного сырья, одновременно значительно сократив объём действительно ненужных отходов.
