Мало кто знает, что согласно данным Управления ядерной энергетики Министерства энергетики США(DOE) более 90% потенциальной энергии, которая содержится в топливных стержнях при их загрузке в промышленные ядерные реакторы, после пяти лет эксплуатации остается в топливе. Учитывая, что большинство реакторов перезагружаются каждые 18 или 24 месяца, при этом примерно треть стержней заменяется при каждой перегрузке, такая информация заставляет задуматься.
В среднем каждый топливный стержень находится в реакторе от четырех с половиной до шести лет, поэтому в «отработанном ядерном топливе» содержится много неиспользованного ядерного топлива. Келси Адкиссон, специалист по научным коммуникациям из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL), сравнила это с «поездкой для которой достаточно полгаллона, но перед которой автомобиль заправили 10-ю галлонами бензина, а остальное топливо выбросили. И так повторили несколько раз».
Но на самом деле все еще обстоит еще хуже, потому что атомная промышленность не только выбрасывает полезное топливо, но и сохраняет высокорадиоактивные отходы, что стоит денег и добавляет в список рисков потенциальные проблемы выбросов и облучения. Более того, несмотря на то, что в США отработанное ядерное топливо хранится и утилизируется безопасным и ответственным образом, этот процесс может быть более безвредным для окружающей среды после рециркуляции полезного топлива и сокращения объема топлива, требующего захоронения.
Сложный процесс.
В статье, опубликованной на сайте PNNL, Адкиссон объясняет, что отделить пригодные для использования компоненты отработанного ядерного топлива от непригодных сложно. Отработанное ядерное топливо содержит примерно половину элементов, перечисленных в таблице Менделеева, так что с этой точки зрения есть с чем работать. Доктор Грегг Люметта, лаборант и химик из группы ядерной химии и инженерии PNNL, считает, что для снижения риска распространения «лучше всего не выделять чистый плутоний ни на одном из этапов разделения».
Используя другую аналогию, Адкиссон сравнила разделение отработанного ядерного топлива с «попыткой разделить готовую заправку для салата на уксус и масло». На самом деле процесс осуществляется путем подачи химической суспензии в центрифугу, которая «выглядит как огромная коробка для таблеток, в каждом отделении которой расположен ротор для перемешивания». Растворенные ингредиенты перетекают из одного конца в другой, смешиваясь, центрифугируясь, при этом различные химические компоненты добавляются или удаляются. На протяжении всего процесса в режиме реального времени проводится мониторинг, который позволяет получить информацию о корректировках, которые необходимо вносить для поддержания определенного химического состава.
Футбольное поле для отработанного ядерного топлива.
Несмотря на то, что утилизация отработанного ядерного топлива может показаться легким процессом, некоторые люди могут возразить, что это не стоит затраченных усилий. В конце концов, в США ежегодно на коммерческих атомных электростанциях производится всего около 2000 метрических тонн отработанного ядерного топлива. Однако, специалисты напоминают, что в США электроэнергия на ядерных станциях генерируется с 1950-х годов, за это время было установлено 133 реактора (включая небольшие прототипы и испытательные установки, проработавшие несколько лет), которые произвели 87 000 метрических тонн отработанного ядерного топлива, столько может поместиться на одном футбольном поле на глубину 10 метров.
Конечно, отработанное ядерное топливо не хранится ни на футбольном поле, ни в федеральном геологическом хранилище, как, возможно, хотели бы некоторые эксперты. Коммерческие отработанные топливные стержни хранятся на 76 реакторных площадках или хранилищах в 34 штатах по всей стране. Как отмечалось ранее, это делается безопасно и надежно, но использовать отработанное топливо можно более устойчиво и продуктивно.
Другие страны перерабатывают, появляется больше возможностей.
По данным Всемирной ядерной ассоциации (WNA), Китай, Япония, Россия и некоторые европейские страны уже занимаются переработкой отработанного ядерного топлива. Например, во Франции переработка оксидного топлива проводится на АЭС La Hague с 1976 года, и, по данным WNA, в настоящее время там работает две установки мощностью 800 тонн в год. Французская компания EDF считает, что хранение переработанного урана возможно в течение 250 лет в качестве «стратегического резерва».
Министерство энергетики и национальные лаборатории США уже давно поддерживают исследования и разработки широкого спектра новых передовых реакторных технологий, которые могут стать переломными для ядерной промышленности. Среди передовых конструкций реакторов сегодня существует, по крайней мере, несколько, которые способны потреблять или работать на отработанном ядерном топливе. В частности, конструкция реактора на быстрых нейтронах (SFR) с натриевым охлаждением, в котором в качестве теплоносителя вместо воды используется жидкий металл (натрий) и спектр быстрых нейтронов, может использовать отработанное топливо для производства электроэнергии. Также реакторы на расплавах солей (MSR), в которых в качестве теплоносителя используются расплавы фторидных или хлоридных солей, могут быть адаптированы для эффективного выгорания плутония и малых актинидов, что позволяет им потреблять отходы других реакторов.
Дело в том, что отработанное ядерное топливо - это не отходы, а ценный ресурс и стратегический резерв. Изменение отношения общества к отработанному ядерному топливу имеет огромное значение для будущего ядерной энергетики.