Nowe paliwo jądrowe może wydłużyć pracę reaktorów i zmniejszyć ilość odpadów
Naukowcy zwrócili uwagę na problem w energetyce jądrowej, o którym rzadko się mówi. Paliwo jądrowe podczas użycia pęcznieje, styka z materiałem osłonowym prowadząc do degradacji płaszcza, co skraca żywotność reaktora. W ten sposób nie tylko uszkadzane są części, ale trzeba też wyjmować paliwo, z którego jeszcze można byłoby uzyskać energię. Naukowcy znaleźli jednak sposób, by ten proces spowolnić. Nowe badania pokazują, że jest sposób, aby zwiększyć bezpieczeństwo reaktorów i zmniejszyć ilość odpadów radioaktywnych.
Energetyka jądrowa od lat wraca w europejskich dyskusjach jako stabilne uzupełnienie odnawialnych źródeł energii (OZE). Jednak jednym z jej największych problemów pozostaje jednak samo paliwo i chodzi nie tylko o dostępność. Materiały, które podczas pracy reaktora starzeją się, pęcznieją i w skrajnych przypadkach skracają żywotność instalacji. Nowe międzynarodowe badania sugerują, że ten słaby punkt może zostać wzmocniony.
Paliwo, które samo się naprawia
Zespół naukowców odkrył, że domieszka nanocząstek azotku uranu w paliwie metalicznym może poprawić jego zachowanie w ekstremalnych warunkach reaktora. Wyniki opublikowane w Advanced Materials Interfaces wskazują, że takie paliwo lepiej radzi sobie z produktami rozszczepienia powstającymi podczas pracy reaktora.
- Jednym z głównych problemów obecnego paliwa jądrowego, zwłaszcza paliwa metalicznego, jest to, że podczas napromieniania materiał pęcznieje i zaczyna stykać się z otaczającą go osłoną - tłumaczy prof. Samrat Choudhury z Uniwersyetu Mississippi. - Ideą jest to, czy możemy uwięzić produkty rozszczepienia wewnątrz samej metalicznej matrycy, zanim dotrą do koszulki paliwowej. Jeśli to się uda, mówimy o paliwach dla kolejnej generacji reaktorów - dodaje.
Dlaczego koszulka paliwowa ma znaczenie w reaktorze?
Koszulka paliwowa to bariera oddzielająca radioaktywne paliwo od reszty reaktora. Z czasem gazy i inne produkty rozszczepienia osłabiają ją i czynią bardziej kruchą. To właśnie ten proces często decyduje o tym, jak długo paliwo może pozostać w reaktorze.
Dr Indrajit Charit, kierownik Katedry Inżynierii Jądrowej i Zarządzania Przemysłowego na Uniwersytecie Idaho zwraca uwagę, że dłuższa praca paliwa oznacza realne korzyści systemowe.
- Jeśli można zostawić paliwo w reaktorze na dłużej i wydobyć z niego całą możliwą energię, tempo gromadzenia wypalonego paliwa spada. Stopień wypalenia paliwa zależy też od stanu koszulki. Gdy ona ulega uszkodzeniu, nie da się po prostu kontynuować pracy - podkreśla.
Zobacz również:
Mniej odpadów to łatwiejsze wdrażanie energetyki jądrowej
W badaniach z 2024 roku naukowcy pokazali, że mikroskopijne cząstki azotku uranu potrafią "łapać" gazy i inne produkty rozszczepienia. Najnowsza praca potwierdza, że granica między tymi nanocząstkami a paliwem metalicznym skutecznie zatrzymuje substancje odpowiedzialne za degradację paliwa.
- Jeśli możemy używać paliwa przez dłuższy czas, istnieje potencjał zmniejszenia ilości generowanych odpadów - mówi prof. Choudhury. - Jedną z największych barier dla energetyki jądrowej jest to, że wytwarza dużo odpadów. Jeśli uda się je znacząco ograniczyć, wdrażanie energetyki jądrowej stanie się znacznie łatwiejsze.
Dla Europy, w tym także dla Polski, gdzie temat atomu wraca w kontekście bezpieczeństwa energetycznego, takie badania mają znaczenie nie tylko technologiczne, ale i społeczne. Zanim jednak nowe paliwo trafi do reaktorów, konieczne będą testy w warunkach rzeczywistych oraz współpraca z przemysłem. Jak podkreślają autorzy, to dopiero pierwszy, choć bardzo obiecujący krok.
Źródło: Uniwersytet Missisipi
Publikacja: James Zillinger et al, Entrapment Behavior of Solid Surrogate Fission Products at Engineered UN Nano‐Hetero‐Interfaces Within Metallic Nuclear Fuels, Advanced Materials Interfaces (2025). DOI: 10.1002/admi.202500592
