Ядерная энергия далека от монстра, за которого многие её принимают. Её углеродные выбросы находятся на уровне солнечной энергии, она производит значительно меньше радиационного загрязнения, чем угольные электростанции, а её уровень смертности значительно ниже, чем у любых возобновляемых или ископаемых источников энергии, даже если учитывать такие катастрофы, как Чернобыль или Фукусима. Даже хранение ядерных отходов далеко не такая загадка, как утверждают многие, поскольку ядерные отходы больше похожи на стекло или керамику, чем на светящуюся зелёную жижу, и, таким образом, их долгосрочное безопасное хранение вполне осуществимо. Несмотря на это, общественность, политики и лица, принимающие решения, видят в ядерных отходах серьёзную причину для избегания ядерной энергии. Но благодаря компании Transmutex эта проблема может быть легко решена. Они разработали технологию, которая сокращает радиоактивность ядерных отходов на 80% и уменьшает время их радиоактивности с нескольких сотен тысяч лет до всего лишь 500. Более того, эта технология позволяет использовать наши текущие запасы ядерных отходов в качестве ядерного топлива! Но не слишком ли это хорошо, чтобы быть правдой?
Давайте начнем с науки, лежащей в основе технологии Transmutex.
Типичный ядерный реактор использует определённый изотоп урана, уран-235 (U235), в качестве топлива. Его очень трудно изолировать, поэтому ядерное топливо содержит всего 5% U235, а остальное — это другой более распространённый изотоп, уран-238 (U238). U235 сам по себе не особо радиоактивен, но в процессе, известном как деление, он может поглотить медленно движущийся нейтрон и трансмутироваться в U236, который очень нестабилен и радиоактивно распадается почти мгновенно, расщепляясь на два меньших атома, высвобождая три медленно движущихся нейтрона и тонну энергии. Эти нейтроны могут затем вызвать деление трёх других атомов U235, создавая самоподдерживающуюся ядерную цепную реакцию. Всё, что делает ядерный реактор, — это контролирует, сколько этих нейтронов вызывает деление и преобразует высвобождаемую энергию в электричество.
Однако продукты деления U235 являются как высокорадиоактивными, так и токсичными. Не только это, но и некоторое количество U238 также реагирует с нейтронами, образуя гораздо более токсичные и радиоактивные продукты, чем продукты U235. Таким образом, даже после переработки, ядерные отходы необходимо изолировать на более чем 240,000 лет, прежде чем их уровень радиации упадёт до безвредных уровней.
Однако мы не обязаны использовать U235. Мы можем фактически использовать для работы реактора U238 или изотоп тория, известный как торий-232 (Th232).
U235 делится с «медленными нейтронами», но U238 и Th232 делится с «быстрыми нейтронами», которые имеют больше энергии, но образом косвенным. U238 поглощает быстрые нейтроны, превращаясь в плутоний-239 (Pu239), который является делящимся. Pu239 затем захватывает другой нейтрон и проходит через деление. Когда Pu239 делится, он также высвобождает тонну энергии, но на этот раз в виде быстрых нейтронов. Аналогично, Th232, поглощая быстрый нейтрон, трансмутирует в уран-233 (U233), который также делящийся с помощью быстрых нейтронов и высвобождает свою энергию в виде быстрых нейтронов. Таким образом, U238 и Th232 могут пройти через ту же ядерную цепную реакцию, когда они трансмутируются с помощью быстрого нейтрона. Более того, их продукты деления значительно менее радиоактивны и менее токсичны, чем продукты U235, оставаясь радиоактивными всего 5% времени от типичных ядерных отходов. Фактически, китайские учёные утверждают, что отходы от тория будут в тысячу раз менее опасны, чем от урана.
Реакторы, которые используют эти реакции деления быстрыми нейтронами, называются быстрыми реакторами, которые и разрабатывает Transmutex.
В ядерных отходах от типичных реакторов остаётся тонна U238. Фактически, запасы ядерных отходов в США содержат достаточно U238, чтобы обеспечить страну энергией на текущем уровне потребления на 100 лет с использованием быстрых реакторов!
Идея Transmutex заключается в том, чтобы смешать ядерные отходы с Th232 и использовать их в качестве ядерного топлива. Ускоритель частиц вне реактора будет запускать быстрые нейтроны в реактор, трансмутируя топливо в делящиеся изотопы и запуская цепную реакцию, производя энергию. Комбинирование ядерных отходов с Th232 является более простым и дешевым способом производства жизнеспособного топлива для быстрых реакторов, чем переработка ядерных отходов в жизнеспособное топливо, богатое U238. Как и другие быстрые реакторы, это приведёт к производству значительно меньшего объёма отходов на киловатт-час произведённой энергии, и произведённые отходы будут менее токсичными и менее радиоактивными, чем медленные реакторные ядерные отходы, которые мы сейчас используем. Более того, в случае ядерного инцидента ускоритель частиц можно выключить, что сделает ядерное топливо инертным и безопасным в течение миллисекунд.
В теории, если Transmutex сможет воплотить эту концепцию в жизнь, это будет невероятно! Это решает проблему с ядерными отходами, но также может значительно повысить безопасность ядерных реакторов и даже сократить уже исключительно низкие углеродные выбросы ядерной энергии, так как большинство этих выбросов происходит от добычи и переработки урана. Но есть некоторые значительные препятствия. Во-первых, ускорители частиц чрезвычайно дороги и сложны в эксплуатации, часто стоят миллиарды долларов. Если Transmutex не найдёт способ снизить эти затраты, их технология может оказаться финансово нецелесообразной. Но если им удастся решить эту проблему, их реакторы могут стать самым близким к совершенному источнику энергии.