В Соединённых Штатах накоплено примерно 94 000 тонн ядерных отходов. Разрабатываются новые технологии, которые позволяют извлекать из этих материалов ценные компоненты, включая повторно используемое топливо и изотопы, востребованные в различных отраслях.

Особенности обращения с ядерными отходами в США

Несмотря на то, что США располагают крупнейшими в мире мощностями ядерных реакторов, с 1970-х годов страна придерживается консервативного подхода к переработке ядерного топлива и отказалась от использования реакторов-размножителей. В результате этого подхода в стране скопилось значительное количество высокоактивных отходов, которые традиционно рассматриваются как опасный и бесполезный материал, требующий изоляции на длительные сроки.

Однако эти отходы содержат смесь радиоактивных элементов и их изотопов, обладающих высокой ценностью. В отработанном топливе сохраняется около 90% урана и плутония, а также изотопы, такие как стронций-90, родий-103, палладий-105-110 и америций-241, которые применяются в медицине, промышленности, а также в космических и наземных технологиях. Рыночная стоимость только этих изотопов оценивается примерно в 24 миллиарда долларов, а стоимость урана и плутония достигает триллионов долларов.

Сложности хранения и новые решения

Потенциальная ценность ядерных отходов усложняет задачу их хранения. Необходимо обеспечить не только безопасную изоляцию, но и возможность последующего извлечения ценных материалов. Для решения этой задачи запущен проект REDUCE (Recover Elements – Destroy Undesirables – Create Energy), который направлен на сокращение запасов отходов путём их переработки и сжигания в делящихся реакторах.

Технология ускоренной переработки

Проект REDUCE реализуется при участии SHINE Technologies, Argonne National Laboratory и Case Western Reserve University при поддержке Министерства энергетики США. Основная цель — ускорить химический процесс разделения ядерных элементов, который традиционно осуществляется методом PUREX. Этот метод предполагает растворение отработанного топлива в азотной кислоте и разделение элементов с помощью гравитационных колонн, что занимает много времени и требует значительных ресурсов.

REDUCE совершенствует этот процесс с помощью оборудования PaCERS (Packed Centrifugal Equipment for Radiochemical Separation), использующего центрифуги, создающие ускорение более 1000 g. Это позволяет значительно ускорить разделение — процесс занимает секунды вместо часов, требует меньше жидкости и позволяет извлекать изотопы с коротким периодом полураспада, а также предотвращать накопление плутония.

Перспективы и конечные цели

Проект направлен не только на возврат ядерного топлива и изотопов, но и на быстрое сокращение запасов отходов в США в течение десятилетий, а не тысячелетий. Материалы, не пригодные для коммерческого использования, планируется подвергать облучению нейтронами в будущих реакторах или специальных установках, превращая их в элементы с коротким сроком жизни, которые распадутся за годы или даже минуты.

Таким образом, отработанное ядерное топливо рассматривается как значимый ресурс, содержащий множество ценных материалов, которые могут быть извлечены и использованы, а не только храниться или уничтожаться.