رویکرد نوین برای مدیریت پسماند هسته‌ای: پاکسازی سریع و بازیابی مواد ارزشمند
فناوری نوین REDUCE به دنبال استخراج سوخت و ایزوتوپ‌های باارزش از پسماند هسته‌ای آمریکا است. این فناوری می‌تواند منابعی به ارزش تریلیون‌ها دلار را از زباله‌های هسته‌ای بازیابی کند و به مدیریت بهتر...
پاکسازی سریع و استخراج مواد ارزشمند؛ رویکردی تازه برای حل معضل پسماند هسته‌ای
به گزارش پایگاه خبری پژوهندگان عصر، فناوری نوینی با نام REDUCE در تلاش است تا از پسماند هسته‌ای آمریکا، سوخت و ایزوتوپ‌های بازیافت‌پذیر با ارزشی معادل تریلیون‌ها دلار استخراج کند.
آمریکا سال‌هاست که با انبوهی از پسماند هسته‌ای مواجه است که نه تنها دفع آن آسان نیست، بلکه بازگرداندن آن به چرخه مصرف نیز دشوار است. اکنون گروهی از پژوهشگران با استفاده از فناوری سانتریفیوژهای پرشتاب، در پی این هستند که فرایند جداسازی شیمیایی این مواد را از ساعت‌ها به چند ثانیه کاهش دهند؛ رویکردی که می‌تواند هم ارزش اقتصادی پسماندها را نمایان کند و هم حجم انباشته‌شده آن‌ها را در مقیاس دهه‌ها، نه هزاره‌ها، کاهش دهد.
با وجود اینکه آمریکا بزرگ‌ترین ظرفیت راکتورهای هسته‌ای جهان را در اختیار دارد، از دهه ۱۹۷۰ در مقایسه با بسیاری از کشورها در وضعیت عقب‌مانده‌تری قرار گرفته است. در همان دهه، آمریکا هم رآکتورهای زایا و هم بازفرآوری سوخت هسته‌ای را کنار گذاشت که منجر به انباشت حدود ۹۴ هزار تن پسماند هسته‌ای سطح بالا شد. این مواد خطرناک که معمولاً بی‌فایده تصور می‌شوند، طبق برنامه‌ریزی‌ها باید بیش از ۱۰۰ هزار سال دور از هرگونه تماس با دنیای بیرون دفن شوند.
در واقع، پسماندها ترکیبی از عناصر رادیواکتیو و ایزوتوپ‌های بسیار ارزشمند هستند. سوخت مصرف‌شده هسته‌ای هنوز حدود ۹۰ درصد از اورانیوم و پلوتونیوم خود را حفظ کرده است. همچنین ایزوتوپ‌هایی مانند استرانسیم ۹۰، رودیوم ۱۰۳، پالادیوم ۱۰۵ تا ۱۱۰ و آمریسیوم ۲۴۱ نیز وجود دارند که در کاربردهای پزشکی، صنعتی، فضایی و زمینی به کار می‌روند.
برآوردها نشان می‌دهد که همین ایزوتوپ‌ها در انبارهای پسماند حدود ۲۴ میلیارد دلار ارزش دارند و سوخت اورانیوم و پلوتونیوم نیز ارزشی در حد تریلیون‌ها دلار ایجاد می‌کند؛ به‌طوری که ارزش ایزوتوپ‌ها در برابر چنین رقمی، ناچیز به نظر می‌رسد.
نگهداری پسماند هسته‌ای باید با امنیت کامل انجام شود و امکان استخراج و استفاده مجدد از آن نیز باید فراهم باشد. ظرفیت اقتصادی، ذخیره‌سازی پسماند هسته‌ای را به مسئله‌ای بسیار پیچیده تبدیل می‌کند. موضوع تنها یافتن محلی مناسب یا راهی برای خلاصی از زباله‌ها بدون امکان بازگرداندن آن‌ها نیست، بلکه چالش اصلی این است که پسماند باید با امنیت کامل نگهداری شود و سپس، هر زمان که نیاز بود، امکان استخراج و استفاده مجدد از آن وجود داشته باشد.
بخشی از منطق پشت پروژه «بازیابی عناصر، نابودکردن عناصر نامطلوب و تولید انرژی» که به اختصار ردیوس (REDUCE) نامیده می‌شود، همین موضوع است. بخش دیگر نیز به کاهش شدید ذخایر پسماند از طریق سوزاندن بیشتر در راکتورهای شکافت مربوط می‌شود. این پروژه با همکاری شرکت شاین تکنولوژی، آزمایشگاه ملی آرگون و دانشگاه ایالتی کیس وسترن ریزرو و زیر نظر وزارت انرژی آمریکا در حال توسعه است و هدف آن شتاب‌دادن چشمگیر به فرایند شیمیایی جداسازی عناصر هسته‌ای است.
فرایند با استخراج پسماند و حل‌کردن سوخت مصرف‌شده در اسید نیتریک آغاز می‌شود. در روش‌های مرسوم جداسازی شیمیایی، مانند پیورکس (PUREX)، محلول وارد ستون‌های بلند و بزرگ پر شده از بستر بسته‌بندی‌شده می‌شود که با نیروی گرانش تغذیه می‌شوند. در این ستون‌ها، حلال‌های آبی و آلی در کنار هم جریان می‌یابند تا عناصر مختلف را بر اساس چگالی جدا کنند. اگرچه این روش کارآمد است، اما کند و پرهزینه پیش می‌رود؛ به‌طوری که تکمیل جداسازی کامل ساعت‌ها طول می‌کشد و حلال‌های آلی نیز زیر تابش رادیواکتیو تجزیه می‌شوند. علاوه‌بر‌این، ایزوتوپ‌های با نیمه‌عمر کوتاه معمولاً در این فرایند دور ریخته می‌شوند و نگرانی دیگری نیز وجود دارد که جریان‌های پلوتونیوم خالص بیش‌از‌حد متراکم شوند و وضعیت خطرناکی ایجاد کنند.
پروژه ردیوس بر پایه «تجهیزات بسته‌ی سانتریفیوژی برای جداسازی رادیوشیمیایی» که به اختصار پیسرز (PaCERS) نامیده می‌شود، عملکرد پیورکس را ارتقا می‌دهد و فرایند را پیش می‌برد. در این روش به جای تکیه بر گرانش، سانتریفیوژهای پیسرز محلول را تحت شتابی بیش از هزار جی قرار می‌دهند. در نتیجه، به مایع بسیار کمتری نیاز خواهد بود و جداسازی به‌طور چشمگیری سریع‌تر و به جای ساعت‌ها، در چند ثانیه انجام می‌شود. همچنین این روش به کارخانه‌ای بسیار کوچک‌تر نیاز دارد و امکان برداشت عناصر ارزشمند با نیمه‌عمر کوتاه را فراهم می‌سازد، در حالی که از شکل‌گیری غلظت‌های نامطلوب پلوتونیوم نیز جلوگیری می‌کند.
هدف نهایی، تنها بازیابی سوخت هسته‌ای و ایزوتوپ‌ها نیست، بلکه کاهش سریع ذخیره پسماند آمریکا در بازه‌ای چندده ساله به جای دورانی بسیار طولانی است. به گفته تیم سازنده، کاهش می‌تواند بسیار شدید باشد، زیرا آنچه برای استفاده تجاری بازیافت‌پذیر نباشد، می‌تواند با نوترون‌های رآکتورهای شکافت آینده یا راکتورهای ویژه‌ای که برای همین کار ساخته شده‌اند، بمباران شود تا به عناصری با عمر کوتاه تبدیل شوند که در طول بازه‌هایی از چند دهه، چند سال یا حتی چند دقیقه واپاشی می‌کنند و از بین می‌روند.
راس رادل، مدیر ارشد فناوری در شرکت شاین تکنولوژی، می‌گوید: «سوخت مصرف‌شده هسته‌ای منبعی فوق‌العاده است و مواد ارزشمند زیادی دارد که می‌توان آن‌ها را به‌جای ذخیره یا دفع بازیابی کرد. ما امروز هم برای تولید ایزوتوپ‌های پزشکی، مواد رادیواکتیو را از هم جدا می‌کنیم و همان تخصص را به کار می‌گیریم تا پیسرز را به سمت استفاده عملی پیش ببریم. این فناوری بخشی از تلاش‌های ما برای تبدیل انرژی هسته‌ای به منبعی تجدیدپذیر است.»