Nový způsob separace americia

Použité jaderné palivo z lehkovodních reaktorů většina lidí považuje za odpad. Je však tento odpad skutečně odpadem? V následujícím článku zformuluji hlavní myšlenky přepracování jaderného paliva se zaměřením na nové technologie.

Použité jaderné palivo z lehkovodních reaktorů obsahuje velké množství látek s rozdílným poločasem rozpadu. Na jedné straně se jedná o štěpné trosky, které mají relativně krátký poločas rozpadu (stovky let), na druhé straně se jedná o transurany, jako je plutonium, americium, a jiné prvky s delším poločasem rozpadu (desetitisíce až statisíce let). Abychom co nejvíce využili jaderné palivo, lze použité palivo přepracovat a použít získané transurany k výrobě nového paliva. Takto přepracované palivo bude mít daleko menší potřebnou dobu uskladnění, než jeho aktivita klesne na úroveň přírodního pozadí. Navíc takového přepracovaného paliva bude mnohem méně.

Přepracovávání

V dnešní době se již v některých zemích přepracovává jaderné palivo. Při přepracování se získává plutonium, které se používá na takzvané MOX palivo. Mezi hlavní země, které přepracovávají palivo, patří Francie, která plánuje používání 100 % MOX paliva ve svém reaktoru EPR, Rusko, Švýcarsko, Belgie, Velká Británie a Japonsko. V našich jaderných elektrárnách je možnost využití MOX paliva pouze z 50 %.

Zatím jediná komerčně využívaná metoda přepracování je PUREX, která se používá k získání plutonia 239.  Tato technologie je založena na dobré společné extrahovatelnosti uranu a plutonia z kyselých dusičnanových roztoků roztokem tributylfosfátu. Palivovým článkům se odstraní pokrytí, palivo se naláme na kratší kusy, které se rozpouští v kyselinách. Poté se chemicky oddělí plutonium 239, které se použije jako palivo do dalších reaktorů.

V nedávné době vznikla nová potencionální metoda přepracování paliva, která je zaměřena na extrahování americia 232, které je použitelné například jako palivo pro kosmická zařízení a hlavně jako palivo pro rychlé reaktory.

Tuto metodu vyzkoumali vědci z ruského výzkumného ústavu VNIINM, který patří pod společnost TVEL, která vyrábí palivo i do našich jaderných elektráren. Vědci úspěšně provedli separaci americia 232 a curia 242 z použitého paliva. Experiment proběhl v rámci projektu Proryv, o kterém jsem již dříve psal.

Hlavní výhodou postupu, který ruští vědci vymysleli je jeho proveditelnost v komerčních podmínkách. Po separování americia a curia je možné využívat americium v rychlých reaktorech jako je například BN-800. Ruským vědcům se podařilo získat 60 gramů americia s méně než jedním procentem obsahu curia. Dosažení takové čistoty umožnily zkušenosti z výzkumných prací provedených dříve v Institutu fyzikální chemie a elektrochemie a v podniku Majak.

Závěr

Přepracování použitého paliva je v dnešní době velice diskutovaným tématem. Podle PRIS je nyní ve světě 66 reaktorů ve výstavbě a 442 reaktorů provozovaných, proto je nutné snižovat množství použitého jaderného paliva. Přepracování použitého paliva je hlavní podmínkou uskutečnění takzvaného uzavřeného palivového cyklu, o který se snaží země, jako jsou Rusko a Čína. Dosažením uzavřeného palivového cyklu se velice sníží množství radioaktivního materiálu stejně tak, jako cena energie.

V dnešní době je přepracování použitého paliva velmi nákladné, proto si jej mohou dovolit jen ekonomicky silné země. V našich podmínkách je levnější nakoupit palivo nové. Pokud se ruský způsob přepracování paliva osvědčí, můžeme doufat, že způsob přepracování bude dostatečně ekonomický i pro Českou republiku.