W południowych Chinach powstaje jeden z najbardziej ambitnych projektów energetycznych XXI wieku. Naukowcy z Chinese Academy of Sciences rozpoczęli końcowy etap instalacji superprzewodzących akceleratorów cząstek w eksperymentalnym kompleksie nuklearnym w prowincji Guangdong.
Nowy system, znany jako ADS (Accelerator-Driven Subcritical System), może stać się pierwszym na świecie reaktorem jądrowym zdolnym do spalania odpadów nuklearnych na skalę megawatową. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, instalacja zacznie działać w 2027 roku.
Zdaniem naukowców technologia może rozwiązać dwa największe problemy energetyki jądrowej: bezpieczeństwo reaktorów i długowieczność odpadów radioaktywnych.
Energia nawet na tysiąc lat
Według zespołu badawczego nowy system ma potencjał radykalnie zmienić sposób wykorzystania paliwa jądrowego.
Jak twierdzą naukowcy z Instytutu Fizyki Współczesnej działającego przy Chinese Academy of Sciences, technologia ADS może:
- wykorzystywać uran nawet 100 razy efektywniej niż tradycyjne reaktory,
- przekształcać długowieczne odpady radioaktywne w krócej żyjące izotopy,
- skrócić okres ich niebezpiecznej radioaktywności ponad tysiąckrotnie.
Dla porównania – zużyte paliwo jądrowe pozostaje dziś niebezpieczne nawet 100 tysięcy lat. W systemie ADS okres ten mógłby zostać skrócony do około 300 lat.
Eksperci sugerują, że przy odpowiedniej skali technologia ta może zapewnić stabilne i niskoemisyjne źródło energii nawet na kolejne 1000 lat.
Jak działa reaktor napędzany akceleratorem
System ADS różni się fundamentalnie od klasycznych reaktorów jądrowych.
Tradycyjna elektrownia opiera się na samopodtrzymującej się reakcji łańcuchowej. W ADS reakcja taka nie może istnieć samodzielnie – wymaga ciągłego dostarczania neutronów z zewnętrznego źródła.
Kluczową rolę odgrywa tu akcelerator cząstek:
- Superprzewodzący akcelerator liniowy rozpędza protony do około 80 proc. prędkości światła.
- Strumień protonów uderza w stop ołowiu i bizmutu.
- W wyniku zjawiska fizycznego powstaje ogromna liczba neutronów.
- Neutrony przekształcają uran-238 – uznawany często za odpad – w pluton-239, który może być paliwem.
W efekcie reaktor potrafi zamieniać odpady w nowe paliwo jądrowe.
Duża przewaga bezpieczeństwa
Jedną z największych zalet tej technologii jest bezpieczeństwo.
Ponieważ reakcja jądrowa nie może utrzymać się bez akceleratora, zatrzymanie strumienia protonów automatycznie wygasza proces w reaktorze. Oznacza to, że fizycznie niemożliwe jest niekontrolowane „rozbieganie się” reakcji, które mogłoby doprowadzić do katastrofy.
To znacząca różnica w porównaniu z klasycznymi reaktorami.
Projekt rozwijany od ponad dekady
Koncepcja ADS pojawiła się już w latach 80., jednak przez dekady pozostawała głównie w sferze badań laboratoryjnych.
Chiny rozpoczęły własny program badań nad tą technologią w 2011 roku.
W 2021 roku powstał pierwszy prototyp zdolny do osiągnięcia intensywności pracy wymaganej w zastosowaniach przemysłowych.
Obecnie powstający projekt w mieście Huizhou ma być pierwszą instalacją tej klasy o mocy megawatowej.
Wyścig technologiczny z USA
Podobne badania prowadzone są również w Stanach Zjednoczonych. Naukowcy pracują nad systemami ADS w ośrodku Thomas Jefferson National Accelerator Facility należącym do U.S. Department of Energy.
Amerykańskie projekty wykorzystują bombardowanie ciekłej rtęci protonami o bardzo wysokiej energii, aby wywołać zjawisko spallacji, które również generuje ogromne ilości neutronów.
Celem jest ten sam przełom: produkcja energii bez emisji CO₂ przy jednoczesnym radykalnym ograniczeniu problemu odpadów nuklearnych.
Czy ADS zmieni energetykę jądrową?
Jeśli chiński projekt zakończy się sukcesem, może zapoczątkować nową erę w energetyce jądrowej. Reaktory tego typu pozwoliłyby:
- wykorzystywać znacznie więcej energii z istniejących zasobów uranu,
- zmniejszyć ilość odpadów radioaktywnych,
- znacząco zwiększyć bezpieczeństwo elektrowni.
Dla wielu ekspertów to jeden z najbardziej obiecujących kierunków rozwoju tzw. zamkniętego cyklu paliwowego, w którym odpady jądrowe stają się surowcem do dalszej produkcji energii.
Foto: ChatGPT/AI.