Ядерные отходы опасны. Решение пока одно: хранить их глубоко под землёй. Но нельзя ли просто превратить излучающие элементы в более безвредные? На самом деле, такой процесс исследуется - он называется трансмутацией. Является ли он решением проблемы окончательного хранения?
Мы перерабатываем наши отходы: бумагу, пластик и стекло. Почему ядерные отходы также не могут быть переработаны? Другими словами, не просто перерабатывать их, как это делалось в течение долгого времени, а сделать безвредными? Теоретически это возможно. И это открывает совершенно новые перспективы. Некоторые политики уже мечтают об использовании методов переработки для возобновления работы атомных электростанций в Германии. Ведь тогда вопрос окончательного хранения будет менее проблематичным.
Но как предполагается перерабатывать ядерные отходы? Ведь это одно из самых опасных веществ на Земле. Отработавшие тепловыделяющие элементы содержат уран, плутоний и другие тяжелые элементы, так называемые трансурановые элементы. Кроме того, есть продукты деления, некоторые из которых излучают очень долгое время. Эти ядерные отходы высокорадиоактивны, выделяют тепло и очень токсичны. Поэтому единственное решение, реализованное до сих пор, - хранить их глубоко под землей.
Только в Германии необходимо хранить около 10 000 тонн. Это соответствует объему в 20 000 кубических метров - четыре футбольных поля, покрытых ядерными отходами на высоту одного метра. Помимо урана, ядерные отходы содержат более 100 тонн высокорадиоактивного и чрезвычайно токсичного элемента плутония. Кроме того, есть и другие излучающие элементы с длительным периодом полураспада, поэтому окончательное хранилище в Германии должно быть рассчитано более чем на миллион лет.
Но вот как можно было бы избавиться от ужаса перед ядерными отходами: Идея заключается в том, чтобы просто преобразовать высокорадиоактивные трансурановые элементы в другие элементы, которые излучают короче во времени и являются менее токсичными. Это немного похоже на несбывшуюся мечту алхимиков средневековья сделать золото из свинца. Благодаря современной физике, начиная с 1960-х годов, превращение элементов действительно стало возможным. Этот процесс называется трансмутацией. Для того чтобы использовать его для переработки ядерных отходов, необходимо предварительное разделение. При этом особо проблемные трансурановые элементы отделяются от остальных ядерных отходов, которые затем могут быть преобразованы путем трансмутации. Весь процесс, который пока существует только на бумаге, называется разделением и трансмутацией (P&T).
Как это работает? Чтобы превратить эти элементы в другие, необходимы быстрые нейтроны. Это субатомные частицы, которые могут разбивать крупные атомные ядра, такие как трансурановые. Это заставляет их распадаться на менее излучающие элементы, элементы с более коротким периодом полураспа. Например, при бомбардировке нейтронами плутоний-239 с периодом полураспада 24 000 лет может быть превращен в стабильный рутений-104 и короткоживущий цезий-134.
Где взять нейтроны? Одна из теоретических концепций - это так называемый жидкосолевой реактор. Ядерный реактор, в котором различные виды топлива растворены в жидком солевом расплаве. Туда также можно поместить трансурановые элементы; теоретически они будут преобразованы в менее опасные элементы. Однако неясно, можно ли вообще построить и безопасно эксплуатировать реакторы на жидкой соли. Поэтому сегодня предпочтительной концепцией трансмутации являются ускорители. При трансмутации с помощью ускорителей, которая до сих пор испытывалась только в лабораторных условиях, сначала генерируется пучок протонов, который ударяет по тяжелым элементам. При этом высвобождаются необходимые нейтроны, которые расщепляют атомные ядра долгоживущих трансурановых элементов. Кроме того, в процессе выделяется энергия, которая может быть использована для работы атомной станции.
Пока звучит неплохо. Так может ли P&T стать альтернативой окончательному захоронению ядерных отходов? "Конечно, нет", - говорит Клаус-Юрген Рёлиг из Института исследований хранилищ в Клаустале в интервью ntv.de. Потому что даже после обработки останутся ядерные отходы, которые придется хранить в течение длительного времени: радиоактивные вещества, которые излучают в течение очень долгого времени. "Йод-129, например, имеет период полураспада почти 16 миллионов лет". Теоретически эти вещества также могут быть преобразованы путем трансмутации, но до сих пор в этом направлении было проведено мало исследований, говорит Рёлиг.
Еще одним недостатком трансмутации на ускорителях является то, что она создает дополнительные новые отходы, так называемые радиоактивные отходы низкого и среднего уровня. "Сначала это звучит более безобидно, чем отходы высокого уровня, но это не так, потому что они также могут быть очень токсичными", - говорит Рёлиг. Для этих отходов также потребуется хранилище.
Тем не менее, P&T оказывает положительное влияние на окончательное захоронение: помимо радиоактивности и токсичности, значительно снижается тепловыделение ядерных отходов. "Если тепло быстрее рассеивается за счет трансмутации, то вам требуется меньше места в хранилище", - говорит Рёлиг. Это связано с тем, что охлажденные ядерные отходы можно хранить ближе друг к другу, чем горячие. "Это будет иметь преимущества с точки зрения затрат, но также и с точки зрения безопасности". Загвоздка в том, что ядерные отходы придется временно хранить на поверхности Земли в течение 100 или более лет, прежде чем этот эффект начнет действовать и выделение тепла достаточно снизится.
И одна из самых больших проблем с трансмутацией с помощью ускорителя: во всем мире пока нет установки, готовой к использованию. И, вероятно, так будет продолжаться еще некоторое время: "Доведение такой сложной технологии до промышленных масштабов займет очень много времени", - говорит Рёлиг. Демонстрационный реактор MYRRHA строится в городе Мол в Бельгии. Но его ввод в эксплуатацию запланирован не ранее 2030-х годов.
По мнению Рёлига, пройдет еще много времени, прежде чем трансмутация будет окончательно готова к использованию в промышленных масштабах: "Еще в 1990-х годах говорили, что потребуется еще 30 лет, чтобы технология созрела. Сегодня это все еще 30 лет. Так что это похоже на ядерный синтез". Исследования в области P&T также требуют много денег. В конечном итоге это, вероятно, будет дороже, чем просто создание конечного хранилища для ядерных отходов, говорит эксперт.
