Реактор гълта ядрени отпадъци

Учените отдавна мечтаят да затворят цикъла в атомните централи така, че окончателни отпадъци да се окажат продукти, които не се налага да бъдат погребвани за десет хиляди години. На този въпрос вече има ново решение.

В процеса на работата на АЕЦ се образуват трансуранови отпадъци от радиоактивни елементи с много дълъг живот. Точно те са най-сериозният проблем за еколозите, които са яростни привърженици на ядрената енергетика. Тъй като в останалите отношения всичко с нея е прекрасно: няма изхвърляне в атмосферата на парникови газове и прочее вредни вещества. Опасността от аварии е отделна тема, там съществуват също интересни проекти. С отработеното гориво обаче нещата са твърде сериозни.

Не е идеално нито едно от решенията как да се постъпва с отпадъците от работата на ядрените реактори (най-масовите са леководни, съставени от топлинни неутрони). Както казват учените ­ любовта към природата е сложна и твърде скъпа мисия.

Така за изхвърлените от АЕЦ вещества е нужно да се строят надеждни хранилища, разчетени не на век, а на хилядолетия. Нещо като това, което САЩ възнамеряват да създадат под планината Юка. Там ще има не просто мрежа тунели, а колосално струпване на автоматика, стени от титан и причие чудеса. Да не говорим за многослойните матрьошки от свръхустойчиви сплави, в които според проекта ще бъде опаковано радиоактивното гориво. Тук скъпо е твърде слаба дума, става въпрос за десетки милиарди долара. И това е само за построяването на съоръжението.

Дълги години учените работят над превръщането на реакторите за бързи неутрони в устройства, изгарящи отработеното гориво от обикновени реактори. В тази стратегия плюсовете са много: общото количество опасни радиоактивни отпадъци, подлежащи на заравяне, рязко намалява, а пълното използване на природен уран се увеличава рязко.

Такива реактори (от различен калибър и предназначение) съществуват от десетилетия, но са малко, сравнени с броя на реакторите на топлинни неутрони. Има и нови проекти от подобен тип.

Според група учени начело с Майк Кочънройтер от Тексаския университет най-доброто решение е подкритическо хибридно устройство за синтез-разпад. В центъра му се намира източник на неутрони, работещ чрез реакции по синтеза ­ Compact Fusion Neutron Source (CFNS). Своеобразно одеало около CFNS е ядреният реактор, в който в качеството на гориво се използват трансуранови отпадъци от класически АЕЦ.

Разликата между CFNS и другите реактори за синтез, създадени или в процес на разработка, са твърде малките размери, съчетани обаче с висока мощност (100 МВт) и много плътен поток неутрони. По тип предпазваща плазмата система това устройство се отнася към токамаците, както и множество експериментални устройство в различни страни, включително международният суперреактор ITER, който се строи във Франция с пусков срок 2016 г. (Токамак е експериментално устройство с тороидална, т.е. подобна на кравай форма, в което се създава и удържа термоядрената плазма, бел.ред.) В детайлите обаче разликите са големи. Например тексаският екип е създал оригинална конфигурация на магнитните бобини.

Впрочем за подхранване на реакциите на ядрения синтез може да се използва различно гориво: деутерий плюс тритий, деутерий плюс хелий-31 деутерий плюс деутерий. Първият вариант е най-лесен за осъществяване. Изискванията за температурата, времето за контрол и плътност на плазмата са най-малки. Съществува обаче и недостатък ­ силна неутронна радиация, опасна за хората само по себе си и водеща до мощна вторична радиоактивност в конструкцията на реактора.

Затова физиците мечтаят за устройства на бъдещето, в които ще се използва деутерий и хелий-3 (огромни запаси от него има например на Луната). До реалното създаване на подобни проекти обаче е твърде далече. Дори гигантът ITER ще използва комбинацията деутерий-тритий.

Майк и екипът му обаче подхожда към проблема с неутроните от съвсем друга страна, на принципа: Който пречи, ще помогне. Това означава, че пред CFNS не стои задачата за получаване на евтина енергия. този реактор е нужен на цялото устройство само в ролята на доставчик на силен поток неутрони, които да бомбардират отработеното ядрено гориво и да ускоряват в него процеса трансмутация, превръщане на елементите.

В резултат на това дълготрайните радиоактивни отпадъци, скрити във външното "одеало" на хибридния реактор, ще се превърнат в по-безопасни елементи. Ключ към създаването на токамака CFNS, т.е. и на целия комплекс за трансмутация (Fusion-Fission Transmutation System ­ FFTS) е диверторът ­ детайл, възприемащ потока частици и излъчвания от плазмения шнур, който виси в центъра на магнитния капан.

Специалистите от Тексаския университет са разработили собствен вариант, наречен Super X. По способност да преработва без разрушение силните потоци енергия от сърцевината на реактора за синтез той превъзхожда аналозите си петорно. Точно това прави възможно построяването на FFTS: необичайно миниатюрното устройство, което само е в състояние да се справи с отработеното гориво от 10-15 леководни реактора на обикновени АЕЦ.

Съчетанието на класически реактори с хибридни FFTS, според американските специалисти, ще позволи да се реши проблемът с отработеното ядрено гориво още в близките десетилетия. При това такъв комплекс може да унищожи 99 процента от трансурановите отпадъци на АЕЦ.

В добавка към тази светла перспектива комплексът FFTS с CFNS в качеството на сърце ще се окаже и по-евтин, и по-ефикасен от други устройства за трансмутации, разработвани в момента в рамките на различни проекти. това твърдят Кочънройтер и колегите му в статия за списание Fusion Engineering and Design. При това за американците FFTS е междинен етап от прехода на човечеството от ядрена към термоядрена енергетика, допълвана с алтернативна (слънце, вятър, вълни).

А докато няма промишлени реактори за синтез, способни да дадат ток на потребителите на конкурентни цени, трябва да се получат максимум дивиденти от традиционните АЕЦ. Дивиденти във вид на екологично чиста, с оглед на замърсената атмосфера, енергия. А сега и на почти безотпадъчна.

Впрочем самата идея за обединение в едно устройство на термоядрен и ядрен реактори и преобразуването в тях на отработено гориво от АЕЦ съвсем не е нова. Учените от Тексас обаче са убедени, че първи са открили пътя към създаване на такъм хибрид спасител, осъществим и от инженерна, и от икономическа гледна точка.

От дивертора Super X вече се интересуват три научни екипа от САЩ и Великобритания, разработващи проекти токамак. Екипът на Кочънройтер в момента търси средства за построяване на прототип на FFTS.

 

Коментари

Отговор на коментара написан от Премахни

Този сайт е защитен от reCAPTCHA и Google Политика за поверителност и Условия за ползване са приложени.

Публикувай
0 коментара

Анкета

За кой отбор ще стискате палци на Евро 2024?