Zaawansowane reaktory jądrowe potrzebują innego rodzaju uranu. Oto 4 rzeczy, które warto wiedzieć

Energetyka jądrowa przyszłości będzie potrzebować paliwa. To sprawia, że rządy, firmy energetyczne i inżynierowie jądrowi gorączkowo starają się zdobyć HALEU: uran nisko wzbogacony o wysokim stopniu wzbogacenia.

HALEU (wymowa jak „Hej, Lou”) był wcześniej niszowym materiałem, używanym głównie w reaktorach jądrowych do badań naukowych. Teraz jednak, wiele firm w Stanach Zjednoczonych zaproponowało nowatorskie typy reaktorów jądrowych, które rzekomo generują energię elektryczną bardziej efektywnie i bezpiecznie. Takie reaktory, z których wiele będzie działać na HALEU, są kluczowym elementem planu rządu Stanów Zjednoczonych na zaspokojenie przyszłego zapotrzebowania na czystą energię. 10 czerwca firma TerraPower, założona przez Billa Gatesa, rozpoczęła budowę jednego z pierwszych reaktorów nowej generacji zasilanych HALEU. Obecnie jednak Stany Zjednoczone nie produkują tego paliwa w ilościach, które będą potrzebne tym konstrukcjom. Dlatego, chociaż Departament Energii USA finansuje rozwój takich zaawansowanych reaktorów, pracuje również nad zabezpieczeniem wystarczającej ilości paliwa HALEU.

Ale niektórzy naukowcy podnoszą obawy dotyczące wzrostu znaczenia HALEU. Według komentarza opublikowanego 7 czerwca w Science, HALEU może być użyty do produkcji broni jądrowej, czego nie można zrobić z obecnie stosowanym paliwem klasy reaktorowej.

Potencjał HALEU do dostarczania energii i związane z nim obawy dotyczące broni jądrowej rodzą pilne pytania. Oto cztery rzeczy, które warto wiedzieć o HALEU.

W porównaniu ze standardowym paliwem reaktorowym, HALEU zawiera większą ilość kluczowego izotopu uranu, izotopu uranu-235. U-235 jest izotopem rozszczepialnym: Jego jądro dzieli się na dwa po pochłonięciu neutronu o niskiej energii, uwalniając przy tym energię.

Naturalnie występujący uran zawiera tylko około 0,7 procent U-235. Większość pozostałego uranu to izotop U-238. Aby można było używać uranu w elektrowni jądrowej, musi być on wzbogacony, aby zawierał więcej U-235. Standardowy uran klasy reaktorowej zawiera około 3 do 5 procent U-235. Uran wzbogacony do 20 procent lub więcej jest znany jako wysoko wzbogacony uran, który, w przeciwieństwie do uranu klasy reaktorowej, może być użyty do produkcji broni jądrowej.

HALEU plasuje się pomiędzy tymi dwoma skrajnymi kategoriami, zawierając około 5 do 20 procent U-235. Oznacza to, że może być używany w sposób, w jaki uran klasy reaktorowej nie może, ale Stany Zjednoczone i inne kraje nie ograniczają jego używania tak surowo jak wysoko wzbogaconego uranu.

Szaleństwo na HALEU zostało zasilone zainteresowaniem zaawansowanymi reaktorami jądrowymi. Ten termin obejmuje różne technologie reaktorów, które nie pasują do standardowego wzoru dla reaktorów w Stanach Zjednoczonych. Zaawansowane reaktory są częściej mniejsze od typowych reaktorów i mogą używać substancji innej niż normalna woda do chłodzenia, takich jak ciekły sód. Zaawansowane reaktory często wymagają HALEU, zwykle wzbogaconego do nieco poniżej 20 procent.

Z HALEU, „można zmniejszyć rozmiar rdzenia i zwiększyć efektywność energetyczną w dostępnej przestrzeni, co zmniejsza koszty budowy,” mówi inżynier jądrowy Josh Jarrell z Idaho National Laboratory w Idaho Falls. Paliwo HALEU może być używane w formach różniących się od paliwa dwutlenku uranu stosowanego w obecnych reaktorach. Niektóre projekty reaktorów używają metalicznego paliwa lub powlekanych peletek uranu wielkości ziarnka maku zwanych TRISO. Różne opcje paliwowe i różne projekty reaktorów mogą być zaletą dla bezpieczeństwa, mówi Jarrell. „W zależności od projektu, nie wymagają one faktycznie zaangażowania człowieka do bezpiecznego wyłączenia.”

Obecnie większość zaawansowanych reaktorów w Stanach Zjednoczonych istnieje tylko na papierze. Ale DOE finansuje dwa projekty demonstracyjne zaawansowanych reaktorów: Reaktor Natrium TerraPower w Kemmerer, Wyo., i Reaktor Xe-100 firmy X-energy w Seadrift, Teksas. Oba wymagają HALEU.

W Stanach Zjednoczonych nie ma ustalonego, wielkoskalowego dostawcy komercyjnego HALEU. I bez względu na to, jak zaawansowany jest reaktor, jest on bezużyteczny bez paliwa. Rosja produkuje HALEU, ale ustawa z maja w Stanach Zjednoczonych zabroni większości importu uranu z Rosji.

Aby zapewnić, że projekty zaawansowanych reaktorów mają paliwo, rząd USA wspiera wysiłki mające na celu produkcję tego materiału. Firma Centrus Energy Corp. z siedzibą w Maryland rozpoczęła produkcję HALEU w ramach projektu demonstracyjnego we współpracy z DOE w zakładzie wzbogacania w Piketon, Ohio.