Физик из Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико Теренс Тарновски придумал, как превратить опасные ядерные отходы в чистую энергию. Он открыл новый способ получать из них тритий, говорится в релизе Американского химического общества (ACS).

Тритий — очень редкая и очень дорогая форма водорода. Он требуется для коммерческого термоядерного синтеза — процесса, при котором атомные ядра объединяются в более тяжелые элементы для получения энергии. По оценкам ACS, это может обеспечить «огромные запасы энергии» при минимальном выбросе парниковых газов.

Современные атомные электростанции вырабатывают энергию посредством ядерного деления, когда атомы плутония или урана расщепляются с высвобождением нейтронов, которые затем распадаются на еще большее число атомов в потенциально бесконечной цепной реакции.

Ядерные реакторы обеспечивают и контролируют процесс деления ядра, используя выделяемое им тепло для превращения воды в пар, который приводит в действие турбины, вырабатывающие электроэнергию. Однако в итоге образуются ядерные отходы, которые могут тысячелетиями оставаться опасно радиоактивными, поэтому их приходится тщательно хранить, чтобы предотвратить загрязнение окружающей среды.

В отличие от деления, ядерный синтез создаёт энергию, сближая атомные ядра, подобно тому, как это делают звёзды, например, Солнце. И хотя в процессе также появляются радиоактивные отходы, они гораздо менее опасны и долговечны, чем отходы деления.

Но на Земле термоядерный синтез протекает гораздо сложнее, чем в космосе, где важную роль играет гравитация, которая притягивает звезды друг к другу. Первая рукотворная реакция термоядерного синтеза, выделившая больше энергии, чем потребовалось для её запуска, произошла всего два с половиной года назад.

В процессе термоядерного синтеза участвуют две формы водорода — дейтерий и тритий. И если первый легкодоступен, то надежных и предсказуемых поставок трития в США пока нет. Он встречается в природе в верхних слоях атмосферы, а основным источником коммерческого трития являются ядерные реакторы в Канаде.

По словам Тарновски, общие запасы трития на планете исчисляются всего несколькими десятками килограммов, а стоимость коммерческого трития составляет около 33 миллиона долларов за килограмм, и у США нет собственных мощностей для его производства. «Из-за этого у нас дефицит трития», — добавляет он.

При этом на коммерческих атомных электростанциях США хранятся тысячи тонн ядерных отходов, которые могут быть использованы для создания трития.

Тарновски провел несколько компьютерных симуляций для оценки потенциальной производительности и энергоэффективности тритиевых реакторов. Он смоделировал конструкцию реакторов, где используется ускоритель частиц для запуска реакций расщепления атомов в ядерных отходах. При этом выделяются нейтроны, которые в конечном итоге образуют тритий после серии других ядерных реакций.

Кроме того, функция ускорителя позволит операторам включать и выключать эти реакции, что сделает процесс более безопасным, чем цепные реакции деления на типичных атомных электростанциях. Хотя основные принципы конструкции не новы, технологический прогресс может сделать её более эффективной, чем в 1990-х и начале 2000-х годов, когда эта идея впервые рассматривалась.

По расчетам учёного, эта теоретическая система может производить около двух килограммов трития в год, что сопоставимо с годовым объёмом производства всех реакторов в Канаде. При этом она будет потреблять около одного гигаватта энергии, что эквивалентно годовой потребности в энергии примерно 800 тысяч американских домов.

Ключевым преимуществом своей разработки Тарновский называет эффективность производства. Он прогнозирует, что данная конструкция будет производить более чем в десять раз больше трития, чем термоядерный реактор той же тепловой мощности.