Срок хранения ядерных отходов сократят со 100 000 лет до 300 с помощью ускорителя частиц
Министерство энергетики США выделило 8 миллионов долларов Национальной ускорительной лаборатории имени Томаса Джефферсона (Jefferson Lab) на реализацию технологий, позволяющих уменьшить время хранения радиоактивных отходов ядерной энергетики со 100 тысяч лет до 300 лет. Средства выделены в рамках программы NEWTON (Nuclear Energy Waste Transmutation Optimized Now), курируемой Агентством перспективных исследовательских проектов (ARPA-E).
Отработанное топливо классических ядерных реакторов содержит трансурановые изотопы, включая плутоний-239 и америций-241. Традиционные реакторы не способны безопасно перерабатывать данные элементы из-за риска потери контроля над цепной реакцией. Для решения этой проблемы в лаборатории Джефферсона разрабатываеся новая технология, которая основана на применении ускорительно-управляемых систем (Accelerator-Driven Systems). В данной конфигурации ядерный реактор функционирует в подкритическом режиме — без достаточного объема топлива для поддержания самостоятельной цепной реакции. Высокомощный ускоритель частиц генерирует поток нейтронов, выступающий внешним драйвером процесса. В ходе нейтронного расщепления долгоживущие радиоактивные отходы преобразуются в управляемые изотопы с меньшим периодом полураспада, пригодные для захоронения или полезного использования.
Средства ARPA-E направлены на реализацию двух проектов под руководством Ронгли Генга, руководителя отдела сверхпроводящих радиочастотных технологий. Техническая задача исследований заключается в снижении стоимости строительства и эксплуатации ускорителей, что ранее препятствовало их широкому внедрению.
Первый проект предполагает модификацию сверхпроводящих радиочастотных (SRF) резонаторов. Это связано с тем, что стандартные ниобиевые компоненты требуют сверхнизких температур, поддерживаемых криогенными установками. Инженеры планируют наносить на внутреннюю поверхность резонаторов слой олова. За счет применения соединения ниобия и олова (Nb3Sn) рабочая температура оборудования повысится, что позволит использовать стандартные коммерческие системы охлаждения вместо криогенных станций. К проекту также привлечены специалисты компании RadiaBeam Technology и Национальной лаборатории Ок-Ридж.
Второй проект направлен на разработку магнетронов для обеспечения электропитания модернизированных SRF-резонаторов. Новая архитектура должна существенно повысить энергоэффективность ускорителя, снизив эксплуатационные расходы, которые ранее делали трансмутацию коммерчески непривлекательной.
Реализация проектов позволит снизить капитальные и операционные затраты на ускорительно-управляемые системы. Технология разрабатывается для обеспечения экономически целесообразной переработки ядерных отходов с возможностью попутной генерации энергии из отработанного сырья.