زباله های هسته‌ای؛ منبع آینده سوخت تریتیوم برای راکتورهای همجوشی

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، کمبود شدید سوخت برای راکتور‌های همجوشی هسته‌ای ممکن است یک راه حل نسبتاً غیرمنطقی داشته باشد. یک فیزیکدان در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس (LANL) می‌گوید که سوخت راکتور همجوشی می‌تواند از زباله‌های هسته‌ای راکتور‌های شکافت هسته‌ای تولید شود.

اگر بتوان انرژی همجوشی را به صورت عملی به کار گرفت، اغراق نیست اگر بگوییم انقلابی بی‌سابقه رخ خواهد داد و برای تمام اهداف عملی، انرژی نامحدودی را در صورت نیاز در اختیار بشریت قرار خواهد داد. با این حال، مشکلی وجود دارد که به اندازه یک تنگنای ناخوشایند، مانع نیست.

به جای شکافتن اتم‌های سنگین مانند اورانیوم یا پلوتونیوم برای آزاد کردن انرژی، همجوشی با ترکیب اتم‌های هیدروژن برای تشکیل هلیوم برای تولید انرژی کار می‌کند. نکته‌ی جالب این بود که نوع راکتور‌های همجوشی که ما در حال توسعه‌ی آنها هستیم با هیدروژن معمولی کار نمی‌کنند - آنها به دوتریوم و تریتیوم نیاز دارند که ایزوتوپ‌های سنگین هیدروژن هستند.

دوتریوم در اقیانوس‌های زمین نسبتاً کمیاب است، اما از آنجایی که ما در مورد تریلیون‌ها تن از این ماده صحبت می‌کنیم، این مشکلی ایجاد نمی‌کند. با این حال، تریتیوم واقعاً کمیاب است تا جایی که تنها ذخایری در حدود ۵۵ پوند ± ۳۱ پوند (۲۵ پوند ± ۱۴ کیلوگرم) وجود دارد، به این معنی که هر پوند آن حدود ۱۵ میلیون دلار آمریکا (۳۳ میلیون دلار در هر کیلوگرم) قیمت دارد و منبع اصلی تجاری فعلی آن از راکتور‌های شکافت هسته‌ای در کانادا است.

از آنجایی که تخمین زده می‌شود برای تأمین انرژی یک میلیون خانه در ایالات متحده در سال به حدود ۳۲.۲ پوند (۱۴.۶۱ کیلوگرم) تریتیوم نیاز است، ۵۵ پوند حتی برای اداره یک اقتصاد کوچک برای مدت طولانی کافی نخواهد بود. عجیب است که اگر نیروگاه‌های همجوشی هسته‌ای از قبل فراوان بودند، این مشکل ایجاد نمی‌کرد، زیرا آنقدر انرژی مازاد وجود داشت که می‌توانستیم از روش‌های بی‌رحمانه برای تولید تریتیوم استفاده کنیم. اما ما هنوز آن خرگوش را برای خورش هسته‌ای خود نگرفته‌ایم، بنابراین در این میان به راه حل دیگری نیاز است.

برای حل این مشکل، ترنس تارنوفسکی از لوس آلاموس، طرح‌های شبیه‌سازی‌شده‌ای از رآکتور‌ها را با هدف استفاده از هزاران تن زباله هسته‌ای حاصل از رآکتور‌های شکافت هسته‌ای به عنوان منبع تریتیوم اجرا کرده است.

ایده اولیه این کار دهه‌هاست که وجود دارد، اما تارنوفسکی ادعا می‌کند که فناوری مدرن آن را به اندازه کافی کارآمد می‌کند تا عملی شود. این روش شامل جمع‌آوری زباله‌های حاوی اورانیوم، پلوتونیوم و عناصر رادیواکتیو مختلف دیگر، محصور کردن آنها در نمک لیتیوم مذاب و بمباران آنها با ذرات پرانرژی از یک شتاب‌دهنده خطی ابررسانا است. این کار باعث آغاز یک سری فرآیند‌های هسته‌ای می‌شود که در آن اتم‌ها در فرآیندی به نام اسپالاسیون شکافته می‌شوند و بارانی از نوترون‌ها را آزاد می‌کنند. این نوترون‌ها با لیتیوم واکنش می‌دهند و در نهایت تریتیوم تولید می‌کنند.

یک نکته مثبت این است که این فرآیند زیربحرانی خواهد بود. یعنی واکنش هسته‌ای فقط زمانی رخ می‌دهد که شتاب‌دهنده روشن باشد و این امر آن را بسیار ایمن می‌کند. تارنوفسکی تخمین می‌زند که این فرآیند بسیار کارآمد است و یک راکتور یک گیگاواتی می‌تواند سالانه تریتیوم کافی برای تأمین برق ۸۰۰۰۰۰ خانه یا ۱۰ برابر بیشتر از یک راکتور همجوشی با همان قدرت حرارتی تولید کند.

تارنوفسکی گفت: «انتقال انرژی یک تجارت پرهزینه است و هر زمان که بتوانید آن را آسان‌تر کنید، باید تلاش کنیم.»

تارنوفسکی نتایج خود را در نشست پاییزی انجمن شیمی آمریکا که هفته گذشته برگزار شد، ارائه داد.