Scientists Pitch Bold Plan to Turn Nuclear Waste Into Nuclear FuelTapping into discarded nuclear waste could help generate a self-sufficient source of a key ingredient for nuclear fusion, a new plan proposes. , นักวิทยาศาสตร์เสนอแผนเปลี่ยนขยะนิวเคลียร์เป็นเชื้อเพลิง

นักวิทยาศาสตร์เสนอแผนเปลี่ยนขยะนิวเคลียร์เป็นเชื้อเพลิง

พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันมีการพัฒนาที่น่าตื่นเต้น และสัญญาของพลังงานสะอาดและมีประสิทธิภาพดูเหมือนจะใกล้ความเป็นจริงมากขึ้น แต่ผู้ที่สงสัยชี้ให้เห็นถึงปัญหาในทางปฏิบัติที่เราอาจไม่ได้พยายามแก้ไขอย่างหนักพอ ซึ่งเป็นปัญหาที่จะส่งผลกระทบต่อเครื่องปฏิกรณ์ของเราอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้เมื่อพวกมันมาถึงในที่สุด

ข้อเสนอใหม่โดย Terence Tarnowsky นักฟิสิกส์นิวเคลียร์ที่ Los Alamos National Laboratory มุ่งเน้นไปที่ส่วนสำคัญของปัญหา: การหาแหล่งทริเทียม ซึ่งเป็นส่วนผสมพื้นฐานสำหรับฟิวชัน Tarnowsky ซึ่งจะนำเสนอแผนงานของเขาในสัปดาห์หน้าในการประชุม ACS Fall 2025 เสนอให้ใช้ประโยชน์จากขยะนิวเคลียร์หลายพันตัน รวมถึงเชื้อเพลิงเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้แล้ว โดยใช้ประโยชน์จากอะตอมที่หลับใหลภายในเพื่อสนับสนุนการผลิตทริเทียม ด้วยการปรับเปลี่ยนที่เหมาะสมกับอุปกรณ์คล้ายเครื่องเร่งอนุภาค กลยุทธ์นี้สามารถสร้างแหล่งไอโซโทปที่มีค่าได้อย่างน่าเชื่อถือ

ในเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันที่ประสบความสำเร็จ ทริเทียมและดิวเทอเรียม ซึ่งเป็นไอโซโทปไฮโดรเจนน้ำหนักเบาสองชนิด จะหลอมรวมกันและปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลออกมา ในทางตรงกันข้าม โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในปัจจุบันทำงานโดยใช้ฟิชชัน หรือการแยกอะตอมหนัก เช่น ยูเรเนียม ซึ่งสร้างพลังงานจำนวนมากเช่นกัน แต่ผลิตผลพลอยได้กัมมันตภาพรังสีที่มีอายุยาวนาน วัสดุเหลือใช้นี้ “[นั่ง] อยู่ทั่วประเทศ” เป็นเวลาประมาณหนึ่งล้านปี และมีค่าใช้จ่ายหลายร้อยล้านดอลลาร์ต่อปีในการจัดการ Tarnowsky อธิบายกับ Gizmodo ระหว่างการสนทนาทางวิดีโอ

ในขณะเดียวกัน สัญญาของฟิวชันถูกบดบังด้วยการขาดแคลนทริเทียมที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ ซึ่งเป็นไอโซโทปไฮโดรเจนที่หายากและไม่เสถียรอย่างยิ่ง “มีทริเทียมเพียงไม่กี่สิบกิโลกรัม ทั้งจากธรรมชาติและจากการผลิต ในโลกทั้งใบ” Tarnowsky กล่าว และมันไม่ได้ช่วยอะไรที่การทดลองนิวเคลียร์ทั่วโลกกำลังเผาผลาญปริมาณเล็กน้อยเหล่านั้นในอัตราที่น่าตกใจ “แล้วทริเทียมนี้ควรมาจากไหน?”

การเพาะพันธุ์ทริเทียมในห้องปฏิบัติการเป็นทางเลือกที่ใช้ได้ แต่ก็อีกครั้ง มีเหตุผลที่ดีมากที่เรายังไม่พบสูตรที่สมบูรณ์แบบ มันเป็น “เชื้อเพลิงที่จัดการยาก” Tarnowsky กล่าว

“ถ้าคุณเพาะพันธุ์ทริเทียมตอนนี้ ไม่ใช่ว่าคุณสามารถเก็บมันไว้ในภาชนะได้อีก 30 ปี เพราะมันสลายตัวเป็นฮีเลียม-3 อย่างรวดเร็ว” เขาอธิบาย “และมันยังมีเคมีของไฮโดรเจน ไฮโดรเจนชอบที่จะออกจากสิ่งต่างๆ มันชอบที่จะติดอยู่ในผนัง ดังนั้นมันจึงเป็นเรื่องยากที่จะจัดการ” สำหรับบริบท ครึ่งชีวิตของทริเทียมคือ 12.3 ปี หมายความว่ามันสลายตัวไปครึ่งหนึ่งของปริมาณเดิมในเวลานั้น

ข้อเสนอของ Tarnowsky ผสมผสานทฤษฎีก่อนหน้านี้เข้ากับความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีล่าสุด กล่าวคือ แนวคิดนี้คือการใช้เครื่องเร่งอนุภาคเพื่อกระตุ้นการสลายตัวของอะตอมยูเรเนียมและพลูโทเนียมภายในขยะนิวเคลียร์ ส่งผลให้เกิดการระเบิดของนิวตรอนและการเปลี่ยนแปลงทางนิวเคลียร์อื่น ๆ ที่จะผลิตอะตอมทริเทียมในที่สุด ตามที่ Tarnowsky กล่าว ขยะจะถูกปกคลุมด้วยเกลือลิเธียมหลอมเหลวเพื่อป้องกันกระบวนการจากการได้รับรังสีที่เป็นอันตรายมากเกินไป

ด้วยการออกแบบที่เหมาะสม Tarnowsky คาดการณ์ว่าวิธีนี้สามารถ “ผลิตทริเทียมได้มากกว่าเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันที่มีกำลังความร้อนเท่ากันถึง 10 เท่า” ตามที่ระบุไว้ในข่าวประชาสัมพันธ์ เขายอมรับว่าแผนงานนี้จะต้องได้รับการสนับสนุนอย่างกล้าหาญจากทั้งภาครัฐและเอกชน

เศรษฐกิจฟิวชันไม่สามารถย้อนกลับได้ในบางแง่มุม Tarnowsky กล่าว ไม่ใช่สิ่งที่เรา “สามารถพลิกสวิตช์และมีระบบสำรองทำงานได้หากมีบางอย่างผิดพลาดอย่างร้ายแรงกับการเพาะพันธุ์ทริเทียม” Tarnowsky กล่าว “คุณต้องวางแผนล่วงหน้าในกรอบเวลาที่ยาวนานมาก”

แต่ยิ่งเรารอนานเท่าไหร่ เราก็ยิ่งขุดตัวเองลงไปในหลุมมากขึ้นเท่านั้น เขากล่าว “ทุกๆ ปีที่เรายังคงดำเนินการโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ของเราต่อไป ในลักษณะที่ปลอดภัยมาก! เรายังสร้างเชื้อเพลิงที่ใช้แล้วมากขึ้นทุกปี ซึ่งเพิ่มขึ้นประมาณ 2,000 เมตริกตันต่อปี ดังนั้นหนี้สินจึงแย่ลงทุกปี”

กล่าวคือ Tarnowsky ยังคงมีความหวังสำหรับอนาคตของนิวเคลียร์ฟิวชัน และจริงๆ แล้ว การเปลี่ยนผ่านไปสู่พลังงานสะอาดของเราให้สมบูรณ์

“ฉันจะบอกว่า เมื่อ 10 ปีที่แล้ว เทคโนโลยีประเภทนี้ที่เสนอในพื้นที่นี้จะไม่ได้รับความสนใจมากขนาดนี้ ผู้คนระแวงเกี่ยวกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์” เขากล่าว “แล้วพวกเขาก็ไปเผาถ่านหินสกปรก คุณจะทำอะไร แต่เรากำลังพูดคุยกันตอนนี้ และผู้คนไม่ได้ตอบสนองด้วยความกลัวเท่านั้น”