ADS со неутрализирање и повторна употреба на отпад: решението базирано на нивната акцелераторска технологија на Jefferson Lab

Заштитата од радиоактивноста на искористеното нуклеарно гориво што трае стотици илјадници години, досега беше една од главните проблеми што практично го ограничуваа развојот на нуклеарната енергија. Меѓутоа, во последно време се случува значајна трансформација во оваа област: работите во САД целат да ги префрлат отпадите од товар во повторно искористлив извор на енергија. Проектите на Националната лабораторија Томас Џеферсон за убрзувачки системи (ADS) имаат за цел да донесат технологија позната како Accelerador-Driven Systems (ADS) во секојдневна употреба. Целта е да се произведува дополнителна електрична енергија од искористеното гориво и во исто време да се значително намали радионуклидниот животен век со што ќе се драматично ќе се промени управувањето со отпадот.

Чекорите на генерацијата на честички ги сочинуваат клучот на ADS системот. Системот насочува високоенергетски протони кон цел што иницијативата нарекува „спалјација“, при што се ослободуваат голем број неутрони. Ослободените неутрони со својот ефект на взаимодействие со долгоживотните изотопи во отпадот го претвораат тие елементи во појавува краткорочни и помалку опасни; оваа трансформација се нарекува трансмутација. Како резултат на сите овие операции, неослужуваното гориво можеби ќе остане опасно околу 100.000 години, додека со ADS, преработено и повторно употребливо, таа време може да се намали до околу 300 години.

Покрај намалувањето на отпадот, процесот исто така го користи високотемпературниот греј заради создавање на енергија преку спалјацијата и последователните реакции. Така, ADS се претвора во интегрирана платформа што ја комбинира сместувањето на отпадот и производство на енергија, поддржувајќи ја и управувањето со отпадот и обезбедувањето енергија.

Во моментов, постојат два главни технички предизвици: ефикасност и потреба од моќност. Стандардените убрзувачи заради суперпроводливост бараат многу ниски температури, што создава голема и скапа криогена инфраструктура. За да се надмине овој проблем, тимот од лабораторијата Џеферсон ги обложува површините на уробе, направени од чисто ниобиум, со олово, со цел да се постигне пократка дистанца и поголема ефикасност. Со тоа се развиваат решенија што можат да работат со обични комерцијални системи за ладење, што значително ги намалува трошоците. Исто така, се работи и на дизајни што ќе го зголемат производството на неутрони.

Друг важен аспект е мрежната моќност. Социјето е активно во адаптацијата на магнетрони што се користат во микробрановите печки за ADS; целта е да се постигне околу 10 мегавати моќност со ефикасност. Најголемиот предизвик овде е да се усогласат излезната енергија и фреквенцијата со празнините во убрзувачот. Планирана фреквенција е 805 мегахерц. Врз основа на ова, се спроведуваат заеднички истражувања со компанијата Stellant Systems, а се развиваат прототипи на магнетрони со висок напон. Вклучувањето на индустриски партнери како RadiaBeam и General Atomics, во раната фаза на проектот, може да ја забрза транзицијата на технологијата од лабораторија до комерцијално производство.

Долгорочната цел е да се овозможи повторна обработка на сите комерцијални нуклеарни горива во САД во следните 30 години. За тимовите од лабораторијата Џеферсон, најголемата предизвик е да се доведе сегашната наука за убрзувачи до совршенство за оваа специјална апликација. Успехот би значел дека проблемот со нуклеарниот отпад нема да биде повеќе неодолива странична појава на производство, туку контролирано и продуктивно средство за енергија.