خبر کامل
فناوری جدید برای کاهش ۹۹.۷ درصدی عمر زباله‌های هسته‌ای
زباله‌های هسته‌ای دهه‌هاست که یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های انرژی جهان به شمار می‌روند. این مواد رادیواکتیو می‌توانند برای هزاران سال خطرناک باقی بمانند و نگهداری ایمن آن‌ها نیازمند فناوری‌های پیچیده و پرهزینه است. اکنون، پژوهشگران در آزمایشگاه ملی توماس جفرسون گامی مهم برای حل این معضل برداشته‌اند؛ آن‌ها در حال ساخت سامانه‌ای هستند که می‌تواند ماهیت زباله‌های هسته‌ای را تغییر داده و مدت خطرناک بودن آن‌ها را به‌طور چشمگیری کاهش دهد.
معضل دیرینه زباله‌های هسته‌ای
انرژی هسته‌ای همواره میان مزایا و معایب خود گرفتار بوده است. از یک سو، این انرژی می‌تواند بدون تولید کربن برق تولید کند، اما از سوی دیگر، هزینه‌های بالا، خطر بروز حوادث و تولید مواد زائد خطرناک باعث شده تا بسیاری آن را گزینه‌ای بحث‌برانگیز بدانند.
در حال حاضر، هزاران تن سوخت مصرف‌شده جامد از نیروگاه‌های هسته‌ای در سراسر جهان ذخیره شده و میلیون‌ها لیتر زباله مایع رادیواکتیو ناشی از برنامه‌های تسلیحاتی در مخازن موقت نگهداری می‌شود. برخی از این مواد از دهه ۱۹۴۰ تاکنون ذخیره شده‌اند و هنوز راه‌حل دائمی برای آن‌ها وجود ندارد.
فناوری شتاب‌دهنده: راهکاری برای «سوزاندن» زباله هسته‌ای
دانشمندان آزمایشگاه جفرسون در حال توسعه سامانه‌ای موسوم به ADS (Accelerator-Driven System) هستند که هدف آن تبدیل ایزوتوپ‌های رادیواکتیو با عمر طولانی به ایزوتوپ‌هایی با عمر کوتاه‌تر است. این فناوری می‌تواند زمان مورد نیاز برای ذخیره‌سازی زباله‌های هسته‌ای را تا ۹۹.۷ درصد کاهش دهد.
نحوه عملکرد سامانه ADS
- برخورد پروتون: شتاب‌دهنده ذرات با استفاده از پرتوهای پروتون پرانرژی به یک هدف فلزی سنگین مانند جیوه مایع برخورد می‌کند.
- تولید نوترون: این برخورد فرآیندی به نام «اسپالاسیون» ایجاد می‌کند که طی آن نوترون تولید می‌شود.
- شکستن عناصر خطرناک: نوترون‌های تولید شده به زباله‌های هسته‌ای برخورد کرده و عناصر خطرناک را می‌شکنند و به مواد پایدارتر یا کوتاه‌عمر تبدیل می‌کنند.
- تولید برق: واکنش‌های شکافت حاصل از این فرآیند گرما تولید می‌کنند که می‌توان آن را به برق بدون کربن تبدیل کرد.
در صورت موفقیت، این فناوری می‌تواند زمان جداسازی مورد نیاز برای زباله‌های هسته‌ای را از حدود ۱۰۰,۰۰۰ سال به تنها ۳۰۰ سال کاهش دهد.
پروژه ۸.۱۷ میلیون دلاری برای بهبود شتاب‌دهنده
این طرح با بودجه ۸.۱۷ میلیون دلاری برنامه NEWTON پشتیبانی می‌شود. هدف اصلی این برنامه توسعه حفره‌های فرکانس رادیویی ابررسانا با راندمان بالا است؛ به‌ویژه طراحی حفره‌های نیوبیوم–قلع برای شتاب‌دهنده‌های خطی پروتون پرقدرت.
نوآوری در سیستم‌های خنک‌کننده
شتاب‌دهنده‌های سنتی برای رسیدن به دماهای ابررسانا به سیستم‌های خنک‌کننده بسیار گران نیاز دارند. اما در فناوری جدید، پوشاندن حفره‌های نیوبیوم با لایه‌ای نازک از قلع، ماده‌ای ابررسانای ترکیبی ایجاد می‌کند که می‌تواند میدان‌های مغناطیسی قدرتمند تولید کند. این نوآوری امکان دستیابی به حالت ابررسانایی در دماهای بالاتر از ۱۸ کلوین را فراهم کرده و هزینه‌ها را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.
روش‌های فعلی ذخیره‌سازی زباله هسته‌ای در جهان
در حالی که فناوری جدید هنوز در مرحله تحقیق و بهینه‌سازی است، کشورهای مختلف روش‌های دیگری را برای مدیریت زباله‌های هسته‌ای دنبال می‌کنند. در ادامه به برخی از این روش‌ها اشاره می‌شود:
- فنلاند: در سال ۲۰۲۴، فنلاند از مخزن دائمی عمیق زمین‌شناسی «اونکالو» رونمایی کرد. این نخستین تاسیسات جهان برای ذخیره بلندمدت زباله‌های سطح بالا است که در عمق بیش از ۴۰۰ متر ساخته شده و از سامانه چندلایه KBS-3 برای ایزوله نگه داشتن سوخت مصرف‌شده تا ۱۰۰,۰۰۰ سال استفاده می‌کند.
- سوئد: این کشور نیز در اکتبر سال گذشته ساخت مخزن مشابهی را آغاز کرد.
- سایر کشورهای اروپایی: حدود دوازده کشور اروپایی دیگر در حال برنامه‌ریزی برای ایجاد مخازن عمیق زمین‌شناسی هستند.
- آمریکا: طرحی برای ذخیره زباله‌ها در زیر کوه یوکا مطرح شده بود، اما به دلیل تغییرات سیاسی متوقف شده است.
در حال حاضر، بسیاری از زباله‌ها در همان محل تولید، یعنی نیروگاه‌ها و مراکز پردازش، ذخیره می‌شوند. به‌عنوان مثال، تنها در تاسیسات هانفورد، بیش از ۲۰۰ میلیون لیتر زباله مایع رادیواکتیو در مخازن منتظر پردازش باقی مانده است.
آینده انرژی هسته‌ای و چالش مدیریت زباله‌ها
با وجود نگرانی‌ها، انرژی هسته‌ای دوباره در حال رشد است. پیش‌بینی می‌شود ظرفیت جهانی نیروگاه‌های هسته‌ای تا سال ۲۰۵۰ بیش از دو برابر شده و به بیش از ۱۰۰۰ گیگاوات برسد. این رشد ناشی از اهداف کاهش کربن، افزایش تقاضای برق (به‌ویژه از سوی مراکز داده هوش مصنوعی) و تلاش کشورها برای امنیت انرژی است.
رشد ظرفیت هسته‌ای در جهان
- چین: انتظار می‌رود حدود نیمی از توسعه ظرفیت جهانی تا سال ۲۰۵۰ متعلق به چین باشد و ناوگان هسته‌ای این کشور احتمالاً تا سال ۲۰۳۰ از آمریکا پیشی خواهد گرفت. چین در حال ساخت بیش از ۳۰ راکتور جدید است که تقریباً یک‌سوم پروژه‌های در حال ساخت جهان را تشکیل می‌دهد.
- سایر کشورها: نزدیک به ۵۰ کشور از جمله مصر، بنگلادش و ترکیه در حال بررسی یا برنامه‌ریزی برنامه‌های هسته‌ای هستند که می‌تواند تا سال ۲۰۵۰ حدود ۱۶۰ گیگاوات به ظرفیت جهانی اضافه کند.
فناوری شتاب‌دهنده جدید می‌تواند نقطه عطفی در حل یکی از بزرگ‌ترین مشکلات انرژی هسته‌ای باشد: مدیریت ایمن زباله‌های رادیواکتیو. اگر این سیستم بتواند همان‌طور که پیش‌بینی شده عمر خطرناک زباله‌ها را تا ۹۹.۷ درصد کاهش دهد، نه‌تنها هزینه و خطر ذخیره‌سازی کاهش می‌یابد، بلکه پذیرش عمومی انرژی هسته‌ای نیز افزایش پیدا می‌کند. با توجه به رشد سریع ظرفیت هسته‌ای جهان، چنین نوآوری‌هایی ممکن است نقش تعیین‌کننده‌ای در آینده تامین انرژی پاک و ایمن ایفا کنند.
درباره هوش‌مصنوعی دست‌اول:
تمامی اخبار دست‌اول توسط دستیار هوش مصنوعی «هوشنگ» پردازش، صحت‌سنجی، خلاصه و بازنویسی شده است. هوشنگ هر روز با داده‌های جدید آموزش داده می‌شود و با نظارت دقیق انسانی و سردبیری دست‌اول در حال بهتر شدن است.
شما می‌توانید از چت‌بات و سایر ابزارهای هوشنگ به صورت رایگان استفاده کنید.
