Группа ученых из Токийского технологического института (Tokyo Tech), работающая в сотрудничестве с Университетом Тохоку, Токийским городским университетом и Японским агентством по атомной энергии, предложила новый подход к решению проблемы захоронения радиоактивных отходов.
Новый метод, опубликованный в Scientific Reports, может значительно сократить эффективный период полураспада (показатель количества времени, необходимого для доведения радиоактивных материалов до безопасного уровня) долгоживущих продуктов деления[1] (LLFP) от сотен тысяч лет до ста лет.
Как утилизировать ядерные отходы - одна из самых больших дилемм, стоящих сегодня перед миром. Вопрос касается того, что делать с радиоактивными отходами после извлечения урана и плутония из отработавшего ядерного топлива с использованием таких методов переработки, как окислительно-восстановительная экстракция плутония-урана (PUREX)..
Хотя захоронение отходов глубоко под землей широко рассматривается как наиболее жизнеспособный вариант, изучается ряд стратегий по сокращению запасов отработанного топлива. Одной из наиболее перспективных является стратегия разделения и трансмутации (P&T). Это включает разделение топлива на младшие актиниды[2] (MA) и LLFP с последующей трансмутацией[3] MA и LLFP в короткоживущие нуклиды.
До сих пор стратегия P&T была ограничена дорогостоящей и громоздкой необходимостью разделения изотопов LLFP, прежде чем они смогут подвергнуться трансмутации. Кроме того, некоторые LLFP из-за их малых поперечных сечений захвата нейтронов не могут захватывать достаточное количество нейтронов для эффективной трансмутации.
Новое исследование под руководством Сатоши Тибы из Tokyo Tech показывает, что эффективная трансмутация LLFP может быть достигнута в реакторах на быстрых нейтронах без необходимости разделения изотопов. Добавив замедлитель (или замедляющий материал) под названием дейтерид иттрия (YD2), команда обнаружила, что эффективность трансмутации LLFP увеличилась в радиальных зонах бланкета и защиты реактора. Исследователи говорят, что это связано со способностью замедлителя «смягчать спектр нейтронов, просачивающихся из активной зоны».
Чиба и его коллеги сосредоточились на шести LLFP: селен-79, цирконий-93, технеций-99, палладий-107, йод-129 и цезий-135. Расчеты показали, что эффективные периоды полураспада этих LLFP могут быть резко сокращены, так что общая радиотоксичность при длительном временном интервале охлаждения будет эффективно снижена.
В экспериментах такого рода коэффициент поддержки (то есть отношение скорости трансмутации к скорости производства) является важным показателем эффективности трансмутации. Команда показала, что коэффициент поддержки более 1,0 был достигнут для всех шести протестированных LLFP, что представляет собой значительное улучшение по сравнению с предыдущими результатами.
Используя свой метод, исследователи говорят, что 17 000 тонн LLFP, которые в настоящее время хранятся в Японии, потенциально могут быть утилизированы с использованием десяти реакторов на быстрых нейтронах. Их метод также имеет то преимущество, что способствует производству электроэнергии и поддерживает усилия по ядерному нераспространению.
Технические термины
[1]Долгоживущие продукты ядерного деления (LLFP): радиоактивные материалы с длительным периодом полураспада, образующиеся в результате ядерного деления. Это исследование касается LLFP селена-79, циркония-93, технеция-99, палладия-107, йода-129 и цезия-135.
[2]Младшие актиниды (МА): элементы, синтезируемые в ядерном топливе, кроме урана и плутония, такие как нептуний, америций и кюрий.
[3]Трансмутация: изменение, вызванное захватом нейтронов, которое приводит к превращению LLFP в короткоживущие или нерадиоактивные нуклиды.