Odpady radioaktywne jako paliwo do reaktorów nowej generacji
Radioaktywność odpadów jądrowych jest naturalnym skutkiem ogromnych ilości energii użytkowej w materiałach rozszczepialnych. Recykling i transmutacja lżejszych aktynowców to ważny krok ku ostatecznemu zamknięciu cyklu paliwowego. Uczestnicy finansowanego przez UE projektu FAIRFUELS (Fabrication, irradiation and reprocessing of fuels and targets for transmutation) pracowali nad nowymi paliwami opartymi na zrównoważonym recyklingu odpadów jądrowych poprzez ponowne napromieniowanie w reaktorach nowej generacji. Zwiększając recycling i transmutację odpadów jądrowych, polegające na przekształceniu wysokopoziomowych, długożyjących, lżejszych aktynowców w stabilne lub krótkożyjące materiały, uczestnicy projektu FAIRFUELS zmniejszą objętość odpadów radioaktywnych oraz niebezpieczeństwo z nimi związane. Reaktory prędkie należą do systemów energii jądrowej IV generacji, uznanych przez platformę technologiczną na rzecz zrównoważonej energetyki jądrowej (SNETP) za priorytet dla badań jądrowych. Ich zadaniem jest znaczące ograniczenie zużycia zasobów uranu i wyzwolenie pozostałej radioaktywności długoterminowej z odpadów jądrowych poprzez transmutację. Pomyślnie zrealizowano eksperyment MARIOS, który dotyczył transmutacji ameryku w celu zebrania danych na temat napromieniowanego paliwa w różnych temperaturach i przy różnej porowatości. Badano zachowania celów w postaci lżejszych aktynowców w macierzy z tlenku uranu oraz porównano paliwa gęste z paliwami o dostosowanej porowatości. Stosując te cele, uzyskuje się duże ilości helu, co powoduje puchnięcie i wyraźne uszkodzenia materiału poddawanego napromieniowaniu. Inne badanie w ramach projektu FAIRFUELS to eksperyment SPHERE, porównujący poddawany napromieniowaniu ameryk w postaci klasycznego granulatu z postacią upakowania sferycznego (ang. sphere-pac). Przetwarzanie lżejszych aktynowców do postaci sphere-pac wymaga łatwiejszych procesów bezkurzowych, które są konieczne do zmniejszenia zagrożenia zapłonem. Testy napromieniowania przeprowadzono w reaktorze wysokoprzepływowym w Petten, w Holandii. Podczas eksperymentu HELIOS badano zachowania w reaktorze paliw w obrębie matryc inertnych i celów zawierających ameryk. Badano głównie wpływ ameryku na mikrostrukturę i temperaturę uwalnianego helu oraz związane z tym puchnięcie paliwa. Wyjaśnienie mechanizmów uwalniania gazu jest niezwykle istotne dla maksymalizacji zysków z transmutacji. Oczekuje się, że wyniki projektu FAIRFUELS pomogą rozwiązać problem radioaktywnych odpadów jądrowych poprzez ponowne wprowadzenie do cyklu pewnych najbardziej niebezpiecznych i długożyjących komponentów. Transmutacja do bezpieczniejszych substancji poprzez napromieniowanie będzie wykorzystywana zarówno w istniejących spalarniach odpadów jądrowych, jak również przyszłych reaktorach jądrowych. Są to istotne sposoby zamykania cyklu paliwa jądrowego na rzecz zrównoważenia i zmniejszenia wpływu na środowisko.
Słowa kluczowe
Radioaktywny, reaktory nowej generacji, odpady jądrowe, transmutacja, aktynowce lżejsze, FAIRFUELS
