Nuklearna energija se smatra jednim od načina da se smanji zavisnost od fosilnih goriva, ali kako se nositi sa nuklearnim otpadnim proizvodima je među pitanjima koja ga okružuju. Radioaktivni otpadni proizvodi se mogu pretvoriti u stabilnije elemente, ali ovaj proces još uvek nije održiv u velikim razmerama.
Novo istraživanje koje su predvodili fizičari sa Univerziteta u Tokiju otkriva metodu za preciznije merenje, predviđanje i modeliranje ključnog dela procesa kako bi nuklearni otpad bio stabilniji. Ovo bi moglo dovesti do poboljšanja postrojenja za tretman nuklearnog otpada, kao i do novih teorija o tome kako su nastali neki teži elementi u univerzumu.
Sama reč „nuklearni“ može biti pomalo okidač za neke ljude, što je razumljivo u Japanu, gde su atomska bomba i katastrofa u Fukušimi neki od ključnih trenutaka u njegovoj modernoj istoriji. Ipak, s obzirom na relativnu oskudicu odgovarajućeg prostora u Japanu za obnovljive oblike energije poput sunca ili vetra, smatra se da je nuklearna energija kritičan deo napora da se dekarbonizuje energetski sektor.
Zbog toga, istraživači naporno rade pokušavajući da poboljšaju bezbednost, efikasnost i druga pitanja koja se odnose na nuklearnu energiju. Vanredni profesor Nobuaki Imai iz Centra za nuklearne studije Univerziteta u Tokiju i njegove kolege smatraju da mogu da doprinesu poboljšanju ključnog aspekta nuklearne energije, prerade otpada.
„Uopšteno govoreći, nuklearna energija funkcioniše tako što proključa vodu koristeći samoodržive reakcije nuklearnog raspada. Nestabilni elementi se raspadaju i raspadaju, oslobađajući toplotu, koja ključa vodu, pokreće turbine. Ali ovaj proces na kraju ostavlja za sobom neupotrebljiv otpad koji je još radioaktivan“, rekao je Imai.
„Ovaj otpad može ostati radioaktivan stotinama hiljada godina, tako da je obično zakopan duboko pod zemljom. Ali postoji sve veća želja da se istraži drugi način, način na koji se nestabilni radioaktivni otpad može učiniti stabilnijim, izbegavajući njegovo radioaktivno raspadanje i što ga čini daleko bezbednijim za bavljenje. To se zove transmutacija.“
Transmutacija je kao suprotnost nuklearnom raspadu; umesto da se element raspadne i oslobodi radijaciju, neutron se može dodati nestabilnom elementu menjajući ga u malo težu verziju samog sebe. U zavisnosti od početne supstance, ovaj novi oblik može biti dovoljno stabilan da se smatra bezbednim.
Problem je u tome što je ovaj proces bio opšte poznat već neko vreme, ali je bilo nemoguće kvantifikovati dovoljno precizno da bi se ideja prenela u sledeću fazu i idealno proizvela prototip postrojenja za upravljanje otpadom nove generacije.
„Ideja je zapravo došla iz iznenađujućeg izvora: zvezde u sudaru, posebno neutronske zvezde“, rekao je Imai. „Nakon nedavnih zapažanja gravitacionih talasa koji proizilaze iz spajanja neutronskih zvezda, istraživači su uspeli da bolje razumeju načine interakcije neutrona i njihovu sposobnost da modifikuju druge elemente.
„Na osnovu ovoga, koristili smo niz instrumenata da suzimo naš fokus na to kako se element selen, uobičajeni nuklearni otpadni proizvod, ponaša kada ga bombarduju neutroni. Naša tehnika nam omogućava da predvidimo kako materijali apsorbuju neutrone i prolaze kroz transmutaciju. Ovo znanje može doprinose dizajnu postrojenja za transmutaciju nuklearnog otpada.“
Istraživačima je teško da naprave ovakva zapažanja; u stvari, oni nisu u stanju da direktno posmatraju činove transmutacije. Umesto toga, tim može da posmatra koliko se uzorak ne transmutira, a uzimajući očitavanja da bi se znalo da se transmutacija zaista dogodila, može proceniti, iako vrlo precizno, koliki deo uzorka je transmutiran.
„Uvereni smo da naša merenja tačno odražavaju stvarnu stopu transmutacije nestabilnog selena u stabilniji oblik“, rekao je Imai. „Sada planiramo da izmerimo ovo za druge proizvode nuklearnog otpada. Nadamo se da će se ovo znanje kombinovati sa drugim oblastima potrebnim za realizaciju postrojenja za tretman nuklearnog otpada, a mogli bismo ih videti u narednim decenijama.“
„Iako su naši ciljevi da poboljšamo nuklearnu sigurnost, zanimljivo mi je da postoji dvosmerna veza između ovog istraživanja i astrofizike. Inspirisale su nas neutronske zvezde u sudaru, a naše istraživanje može uticati na to kako astrofizičari traže znakove nuklearne sinteze, stvaranja elemenata u zvezdama, kako bi bolje razumeli kako su nastali elementi teži od gvožđa, uključujući i one neophodne za život.“
