Technologie, které by umožnily efektivní „spálení“ transuranů dokázaly dramaticky snížit objem radioaktivního odpadu. Jednou z možností jsou v tomto případě urychlovačem řízené transmutory. Podívejme se, jak daleko jsme v cestě za uskutečněním této možnosti.
Pokud je průběh řízené štěpné reakce řízem právě neutrony vznikajícími při této štěpné reakce, je velmi citlivá na stabilitu průběhu štěpných reakcí a produkci neutronů ze štěpení. Poměr mezi počtem neutronů v následující generace ku tomu z té předchozí, který se označuje jako multiplikační faktor, musí být v tomto případě roven jedné. Takový jaderný štěpný systém označujeme jako kritický. Podmínky v aktivní zóně musí být udržovány tak, aby se její neutronika nezhoršovala a průběh štěpné řetězové reakce byl stabilní. Výkon takového reaktoru pak řídíme velmi malými odchylkami multiplikačního faktoru od jedničky. Pokud je o chlup nižší, výkon se snižuje, pokud pak o chlup vyšší, výkon se zvyšuje. Složení aktivní zóny reaktoru a zastoupení štěpných materiálů (nuklidy, které lze štěpit neutrony s libovolnou energií) tak musí být vyladěné a striktně definované. Omezeny jsou také dosahované toky neutronů v takovém systému. Vyšší bývají dosažitelné u rychlých reaktorů než klasických termálních.
Pokud chceme efektivně transmutovat štěpitelné transurany, které nejsou štěpnými, musí většinou proběhnout u konkrétního jádra několik záchytů neutronu. Proto je důležitá vysoká intenzita toku neutronů. Té lze docílit pomocí jaderných štěpných systémů, které mají jiný vnější zdroj neutronů, který doplňuje produkci neutronů ze štěpení. Systém je tak podkritický a jeho řízení je realizováno vnějším zdrojem neutronů. V nedávném článku popisujícím současný stav cesty k realizaci termojaderné fúze a případně i termojaderné elektrárně se popisuje možnost, že by tímto vnějším zdrojem neutronů mohl být právě fúzní reaktor.
Tříštivé zdroje neutronů
Další možností je tříštivý zdroj neutronů, kterému se někdy také říká spalační. V tomto případě se jedná o urychlovač, který dokáže urychlit protony nebo lehká ionty na relativistické energie. Tedy na takové, že jejich rychlosti se blíží rychlosti světla. Získaný svazek, který by měl být velice intenzivní, dopadá na terč z těžkého prvku. Většinou se předpokládá olovo nebo wolfram, někdy se uvažuje i o uranu.
Při dopadu relativistického protonu je v tříštivé (spalační) reakci vyraženo několik nukleonů, které mohou mít dostatek energie k vyvolání další tříštivé reakce. Zároveň se velká část energie rozdělí mezi zbývající nukleony v jádře, ze kterého se pak „vypaří“ velký počet neutronů, případně se může jádro rozštěpit a neutrony se vypaří ze štěpných produktů. V každém případě se v tříštivých reakcích produkuje velký počet neutronů a tříštivé zdroje neutronů mohou zajistit jejich velmi intenzivní toky. Zdroje neutronů používající tříštivé reakce se využívají již delší dobu. Nahrazují výzkumné reaktory, které se uzavírají a nové se budují jen v omezené míře.
V Evropě se nyní buduje velmi intenzivní spalační neutronový zdroj ESS (European Spallation Source). Jde po tokamaku ITER a urychlovači LHC o jeden z největších mezinárodních evropských projektů. Samotný neutronový zdroj a jeho laboratoře se budují ve městě Lund ve Švédsku, velké výpočetní centrum pro zpracování dat z něj pak ve městě Copenhagen v Dánsku. Na potřebě projektu vysoce intenzivního zdroje neutronů pro materiálový výzkum se evropské státy dohodly zhruba před dvaceti lety. Reálné budování ESS bylo zahájeno v roce 2014 a je do něj zapojeno sedmnáct evropských států včetně Česka, které patří mezi zakládající členy organizace. Aktivity za českou stranu organizuj náš Ústav jaderné fyziky AV ČR.
Při budování tohoto zařízení se testují dvě nejdůležitější komponenty budoucích systémů urychlovačem řízených jaderných technologií. Těmi je velmi intenzivní urychlovač relativistických protonů a spalační terč z těžkého materiálu, u kterého je potřeba zajistit velmi efektivní chlazení a odvod velkého množství tepla.
Celý článek najdete zde.
Zdroj: Vladimír Wagner, osel.cz
