Проучване показа, че трансмутацията може да е отдавна търсената тайна на по-безопасните ядрени отпадъци

Екип от японски изследователи е открил нов метод за отчитане на неутроните в ядрените отпадъци. Той който може да проправи пътя към тяхното по-безопасно третиране.

Екип от изследователи от Токийския университет разработи нова техника за оценка и точно прогнозиране и моделиране на улавянето на неутрони в ядрените материали. Това откритие може да доведе до сериозен напредък в съоръженията за третиране на ядрени отпадъци. И, което е по-интересно, може да отвори врати към нови теории за произхода на по-тежките елементи във Вселената.

Предвид това, че ядрената енергия предизвиква вълнения по целия свят, особено в страни като Япония, изследователите усилено работят за подобряване на безопасността, ефективността и другите аспекти на ядрената енергия. Доцент Нобуаки Имаи и колегите му от Центъра за ядрени изследвания към Токийския университет вярват, че могат да помогнат за подобряването на един важен елемент от ядрената енергетика. И това е обработката на отпадъците.

„Най-общо казано, ядрената енергия работи чрез нагряване на вода с помощта на самоподдържащи се реакции на ядрен разпад. Нестабилните елементи се разпадат, като освобождават топлина, която загрява водата до кипване и тази пара задвижва турбините. Но този процес в крайна сметка оставя неизползваеми ядрени отпадъци, които все още са силно радиоактивни“,

казва Имай.

„Тези отпадъци могат да останат радиоактивни в продължение на стотици хиляди години и обикновено се заравят дълбоко под земята. Но все повече нараства желанието да се намери друг начин. Един от тези начини е да се направят нестабилните радиоактивни отпадъци по-стабилни. По този начин се избягва радиоактивното разпадане и работата с тях е много по-безопасна. Това се нарича трансмутация“,

добавя той.

Дали бъдещето е в трансмутацията на ядрените отпадъци?

Трансмутацията, при която често пъти се улавят неутрони, е процес, който протича по обратния начин на ядрения разпад. Вместо да се разпадне и да излъчи радиация, добавянето на неутрон може да превърне един нестабилен елемент в малко по-тежка негова версия. Тази нова форма може да бъде безопасна и стабилна в зависимост от първоначалното вещество.

Процесът е известен от дълго време, но количественото му определяне беше невъзможно досега. И нямаше как да се създадат нови съоръжения за подобно третиране на ядрените отпадъци.

„Идеята се появи от един неочакван източник: сблъскващите се звезди, по-конкретно неутронните звезди“, казва Имай. „След неотдавнашните наблюдения на гравитационните вълни, излъчвани от сливанията на неутронни звезди, изследователите успяха да разберат по-добре начините, по които неутроните си взаимодействат. И съответно способността им да променят други елементи“,

добави той.

„Въз основа на това използвахме различни инструменти, за да се фокусираме върху начина, по който елементът селен, често срещан продукт на ядрените отпадъци, се държи при бомбардиране с неутрони. Нашата техника ни позволява да прогнозираме по какъв начин материалите поглъщат неутроните и се осъществява трансмутация. Тези знания могат да допринесат за проектирането на съоръжения за трансмутация на ядрените отпадъци“.

Казва още Имай.

Това може да отвори нови възможности за изследвания в областта на астрофизиката

Изследователите срещат трудности при прякото наблюдение на процесите на трансмутация. За сметка на това методът на японския екип оценява степента на трансмутация, като измерва каква част от пробата остава непроменена. Чрез сравняване на показанията преди и след експеримента е установено, че може с голяма точност да се определи количеството от пробата, претърпяло трансмутация.

„Убедени сме, че нашите измервания точно отразяват реалната степен на трансмутация на нестабилния селен в по-стабилна форма“, казва Имай. „Сега планираме да проведем подобни измервания и за други продукти от ядрени отпадъци. Надяваме се, че тези знания ще се съчетаят с други области, необходими за реализирането на съоръжения за третиране на ядрените отпадъци. Очакваме да ги видим през следващите десетилетия“.

Добавя той.

„Макар че целим да подобрим ядрената безопасност, намирам за интересно, че съществува двупосочна връзка между тези изследвания и астрофизиката. Вдъхновиха ни сблъскващите се неутронни звезди, а нашите изследвания могат да повлияят на това по какъв начин астрофизиците търсят признаци на ядрен синтез, създаването на елементи в звездите. По този начин ще може по-добре да се разбере как са се появили елементите, по-тежки от желязото. Включително тези, които са от съществено значение за живота“,

добавя Имай.

Резюме на научната работа

Вероятностите за излъчване на γ от несвързани състояния в 78,80Se, наситени от реакцията на пренос на неутрони (d, p) върху ядрата на 77,79Se в обратна кинематика, са измерени чрез директно откриване на остатъците от реакцията. Приемайки спиновото разпределение при съответната енергия на възбуждане на несвързаното състояние, напречните сечения на реакцията 79Se(n, y)80Se бяха оценени, чрез използването вероятността за γ излъчване. Методът на заместващото съотношение с експерименталните вероятности за γ излъчване на 78,80Se също бе използван. По този начин бяха изведени сеченията на реакцията 79Se(n, y). Използвани бяха теоретичните оценки на реакцията на неутронно улавяне на изомерното състояние от 77Se. Двете напречни сечения перфектно съвпадат със съществуващите данни за ядрените реакции с улавяне на неутрони от 79Se. Представеният метод допълва съществуващите познания. И същевременно предоставя съвсем нови подходи за определяне на сеченията на улавяне на неутрони от радиоактивните ядра при различни енергии на неутроните.