خداحافظ ضایعات هسته ای!

استفاده از راکتور هیبریدی شکافت-گداخت هسته ای می تواند ضایعات هسته ای را نابود کرده و به تولید انرژی از کربن در  آینده کمک کند.

فیزیکدانان در دانشگاه تگزاس در آستین، سیستم جدیدی را طراحی کرده اند که هنگامی که کاملاً رشد پیدا کند، از طریق گداخت می تواند بیشترین مقدار اتلاف اورانیومی را که توسط نیروگاه اتمی تولید می شود برطرف کند. با ساختن پاک کننده نیروی هسته ای و در نتیجه جایگزینی بیشتر منابع انرژی کربن سنگین زیست پذیر مانند زغال سنگ این اختراع می تواند به پیکار گرم شدن کره زمین برود.

"ما یک راه نسبتاً ارزان برای استفاده از گداخت برای از بین بردن اتلاف گداخت هسته ای داریم."

مایک کاستکنیدر(Mike Kotschenreuther) دانشمند محقق برجسته موسسه مطالعاتی گداخت I.F.S) ( ودپارتمان فیزیک این را گفته و اضافه می کند:"ما اعتقاد داریم کاهش اتلاف سیستم، اجازه خواهد داد نیروی هسته ای، جایگزین منابع انرژی کم کربن شود. برای کمک به  مبارزه با گرم شدن کره زمین مکان هایی که زباله های هسته ای در آنجا نگه داری می شوند مانند  ساختمانی بسیار بزرگی که در کوه یوکا در نوادا وجود دارند باید نابود شوند."

ظرفیت انباره کوه یوکا که انتظار نمی رود تا 2020 پر شود به میزان 77000 تن می رسد.

در حالیکه آمارها نشان می دهد مقدار اتلاف هسته ای تولید شده ایالت متحده تا سال 2010 متجاوز از این مقدار است. اختراع جدید فیزیکدانان به شدت می تواند احتیاج به مکان های اضافی یا مخازن زمینی بست یافته را کاهش دهد. سوادش ماهاجن (Swadesh Mahajen) محقق عالی رتبه می گوید : بیشتر مردم می گویند که اتلاف هسته ای، دلیل اصلی مخالفت آنها با گداخت هسته ای به عنوان منبع انرژی می باشد.

راه حل پیشنهادی دانشمندان برای برای از بین بردن ضایعات،استفاده از راکتور هیبریدی شکافت-گداخت است که جزء مرکزی آنرا منبعی متراکم از نوترون های گداخته (CNFS) تشکیل می دهد.

CNFS که در بر گیرنده محفظه شکافت است، مقدار زیادی نوترون از طریق گداخت تولید می کند که روی اتلاف اورانیم در سوخت اتمی تاثیر می گذارد. نوترون های تولید شده از گداخت واکنش شکافت،افزایش بازده و پایداری را موجب می شوند که این برای از بین بردن فرایند اتلاف،مفید است.

کاستکنیدر و ماهاجن پراشنت والانجو (Prashant Valanju) از IFS و اریک اشنایدر (Erich Schneider) از دپارتمان مهندسی مکانیک در روزنامه مهندسی و طراحی گداخت در باره سیستم جدیدشان برای از بین بردن ضایعات اتمی گزارش می دهند:

بیشتر از 500 راکتور شکافت که راکتور آب سبک (LWRS) نامیده می شود تولید کننده نیرو در جهان است. ضایعات اتمی این راکتورها ذخیره شده و دوباره در فرآیند تولید قرار نمی گیرند و تنها چند کشور مانند فرانسه و ژاپن بازفرایند سازی این ضایعات را انجام می دهند.

سیستم از بین بردن ضایعات دانشمندان می تواند در دو مرحله اصلی عملیاتی شود:

مرحله اول- 75% از ضایعات راکتور های اصلی با استاندارد و نسبتاً ارزان از بین می رود؛ اما در این مرحله انرژِی مصرف می کند، به طور عالی اشعه های سمی، اورانیمی و ضایعات با عمر طولانی و هر چیزی که دانشمندان رسوب یا لجن می نامند از بین نمی رود.

مرحله دوم- این لجن ها می تواند توسط CNFS مبتنی بر هیبرید شکافت-گداخت از بین برود؛ پتانسیل هیبریدی دارای این توانایی است که لجن های خطرناک را بدون آسیب رساندن یا سوزاندن سایر سیستم ها بسوزاند.

کاستکنیدر می گوید:"سوزاندن لجن ها واقعاً مشکل می باشد. شما احتیاج به ضربه زدن به آن با یک چکش سنگین دارید و ما آن را اختراع کردیم."

این سیستم می تواند نیاز از بین بردن اتلاف محصول 10 تا 15 راکتور آب سبک را برآورده کند. این فرآیند نهایتاً می تواند تلفات اورانیمی را از راکتورهای شکافت اصلی حدوداً تا 99 درصد کاهش داده از سوزاندن این تلفات، انرژی تولید کند.

CFNS بگونه ای طراحی شده است که حجم آن از اتاق کوچکی بیشتر نباشد و به همین دلیل قطعات بسیار کمتری نسبت به طرح های مشابه در آن بکار رفته است.  دانشمندان بر این باورند که با توجه به کم شدن ذخایر زمینی، سیستم از بین بردن زباله مجهز به CFNS بسیار ارزان تر و سریع تر از دیگر روش هاست. اساس کار CFNS  توکامک (tokamak) است. توکامک دستگاهی است که شامل محیط (بطری) مغناطیسی است و عملکرد خوبی در محبوس کردن دماهای بالا (بیش از 100 ملیون درجه سانتی گراد) جهت ذوب پلاسما برای مدت معین دارد.

اختراع مهمی که راه را برای CFNS باز می کند، Super X Divertor نام دارد. Super X Divertor برای کنترل دماهای بالا و جریان های خفیف استفاده می شود، بویژه اینکه باعث می شود که CFNS بتواند مقادیر زیادی نوترون را بدون خطر و بدون آسیب به سیستم تولید کند.

والانجو می گوید : "گرمای زیادی که در دستگاه همجوشی (ذوب) هسته ای تولید می شود، بتدریج می تواند دیواره ی دستگاه را خراب کند." و این مانعی است برای دستیابی به منبع فشرده ی از همجوشی هسته ای.

وی می گوید: "رآکتور مرکب شکافت و ترکیب هسته ای، ایده ای است که جامعه فیزیک دان ها مدت زیادی است درباره آن بحث می کنند. روشن است که همجوشی هسته ای برای تولید نوترون و شکافت هسته ای برای تولید انرژی مفید است. ما هم اکنون نشان دادیم که همجوشی هسته ای می تواند مقادیر زیادی نوترون را در فضای کوچکی تولید کند."

تولید منبع پاک و فراوان انرژی خالص فوزیون (گداخت) تا جایی ادامه پیدا می کند که بعنوان هدفی برای تحقیقات همجوشی هسته ای باشد. فیزیکدان ها می گویند که کنترل دیگر فراورده همجوشی هسته ای – نوترون ها – در آینده نزدیک امکان پذیر است.

برای اینکه به طرح هیبریدی جامه عمل بپوشانیم، دانشمندان انرژی هسته ای را انتخاب متداوم تری نسبت به زغال سنگ و نفت میدانند. در حالیکه منتظر افزایش انرژی های تجدید پذیری همانند انرژی خورشیدی و انرژی همجوشی هسته ای هستند.

ماهاجن می گوید: هیبرید تولید شده پلی بسوی تکنولوژی آینده است. از طریق هیبرید ما می توانیم بوسیله نوترون ها ترکیب هسته ای را در خدمت انرژی روز بگیریم.

دانشمندان می گویند Super X Divertor هم اکنون برای همجوشی هسته ای پذیرفته شده است. گروه های متعددی قصد استفاده از Super X Divertor را در دستگاه هایشان دارند، از جمله MAST در انگلستان، DIIID (General Atomics) و NSTX دانشگاه Princeton در آمریکا. مراحل بعدی شامل شبیه سازی های توسعه یافته، تبدیل ایده ها به پروژه های مهندسی و جمع آوری بودجه جهت ساخت نمونه اولیه خواهد بود.

نویسنده: مژده اصولی