يعمل العلماء في الولايات المتحدة على تطوير طريقة لإعادة تدوير النفايات النووية لإنتاج التريتيوم. وهو شكل نادر من الهيدروجين والذي يستخدم كأحد أنواع الوقود الرئيسية في الاندماج النووي.

كيفية إعادة تدوير النفايات النووية

الاندماج النووي عملية تدمج فيها ذرتان معا لإطلاق حرارةٍ تشغّل المولدات. تضمن هذه المولدات توفير كميات كبيرة من الكهرباء، خالية تقريبًا من الانبعاثات. لذلك، يعتَقَد نظريًا أنه من أنظف أشكال الطاقة.

حيث تعتمد محطات الطاقة النووية العاملة اليوم على الانشطار النووي، مما يؤدي إلى توليد الطاقة، ولكن هناك أيضًا الكثير من النفايات النووية المتولدة التي تظل مشعة لسنوات.

من ناحية أخرى، فإن عملية الاندماج النووي، التي تزود النجوم في الكون بالطاقة، ستؤدي إلى إنتاج قدر ضئيل للغاية من النفايات المشعة في النهاية.

تتطلب هذه العملية اندماج الديوتيريوم والتريتيوم. ورغم توفر الأول بسهولة، إلا أن الولايات المتحدة تعاني حاليًا من نقص في التريتيوم.

من جانبه، يقول تيرينس تارنوفسكي، الفيزيائي في مختبر لوس ألاموس الوطني، إنه في الوقت الحالي، تبلغ قيمة التريتيوم التجاري حوالي 15 مليون دولار للرطل.

فيما يبلغ سعر الكيلو 33 مليون دولار،والولايات المتحدة لا تملك أي قدرة محلية على إنتاجه.

يوجد التريتيوم طبيعيًا في الغلاف الجوي العلوي، ويعدّ المفاعلات النووية في كندا أبرز منتجيه التجاريين.

وفي بيان صحفي، صرّ تارنوفسكي بأن إجمالي مخزون التريتيوم الحالي على الكوكب يبلغ حوالي 25 كيلوجرامًا .

ما التريتيوم؟

فيما تعد هذه الكمية كافية  لتزويد أكثر من ٥٠٠ ألف منزل بالطاقة لمدة ستة أشهر، وفقاً لتقديراته، وهذا يفوق طاقة الوحدات السكنية في واشنطن .

في الوقت نفسه، تُنتج الولايات المتحدة آلاف الأطنان من النفايات النووية من محطات الطاقة النووية التجارية. كما تحتوي هذه النفايات على مواد شديدة الإشعاع، وتتطلب تخزينًا مكلفًا للحفاظ عليها آمنة.

لذلك، رأى العلماء فرصة لتقييم جدوى استخدام النفايات النووية التي لا تزال مشعة لتوليد التريتيوم القيم.

أجرى تارنوفسكي عمليات محاكاة حاسوبية متعددة لمفاعلات التريتيوم المحتملة لتقييم إنتاج التصاميم وكفاءة الطاقة.

في حين تستخدم تصميمات المفاعلات المحاكاة مسرع الجسيمات لبدء تفاعلات انقسام الذرات في النفايات النووية.

عندما تنقسم الذرات أثناء المحاكاة، فإنها تطلق النيوترونات، وفي النهاية تنتج التريتيوم بعد سلسلة من التحولات النووية الأخرى ، حسبما جاء في البيان الصحفي.

علاوة على أن هذه الميزة المسرع للمشغلين تسمح بتشغيل هذه التفاعلات أو إيقافها، وهي تعتبر أكثر أمانًا من التفاعلات المتسلسلة التي تحدث في محطة الطاقة النووية النموذجية.

وفقًا للتقديرات، يُمكن لهذا النظام النظري، الذي يعمل بطاقة 1 جيجاواط، أن يُنتج حوالي2 كيلوغراممن التريتيوم سنويًا.

يتوقع أن ينتج التصميم كمية من التريتيوم تفوق عشرة أضعاف كمية التريتيوم المنتجة في مفاعل الاندماج النووي بنفس الطاقة الحرارية.

تتمثل الخطة التالية في تحديد تكلفة إنتاج التريتيوم بالدولار بعد إجراء حسابات أكثر دقة لكفاءة المفاعل. كما سيتم تحسين عمليات المحاكاة لتقييم كفاءة وسلامة تصميم المفاعل بدقة.

فيما يخطط تارنوفسكي أيضًا لتطوير كود جديد لنموذج يحيط بالنفايات النووية بملح الليثيوم المنصهر. وهو تصميم راسخ للمفاعلات التي تعمل بالوقود اليورانيوم والذي تم استخدامه فقط في التجارب العلمية.

هناك حاليًا العديد من الشركات التي تسعى لبناء أول محطة طاقة اندماج نووي تجارية في الولايات المتحدة والعالم. إذا رأى التصميم النور، فقد يوفر الطاقة لمفاعلات الاندماج النووي المستقبلية ويضمن انتقالًا أقل انبعاثات في مجال الطاقة.

في النهاية سيعرض العالم نتائجه في اجتماع الجمعية الكيميائية الأمريكية الخريفي، الذي يعقد في الفترة من 17 إلى 21 أغسطس.

المصدر: interestingengineering