چاه‌های عمیق می‌توانند هزینه دفع پسماند هسته‌ای بازیافتی را کاهش دهند

به گزارش انرژی و نیرو، با افزایش توجه کشور‌ها به بازیافت سوخت هسته‌ای و استفاده دوباره از مواد قابل بهره‌برداری در راکتورها، مساله مدیریت پسماند‌های رادیواکتیو باقی‌مانده همچنان یکی از چالش‌های اصلی چرخه سوخت هسته‌ای است. یک مطالعه جدید در آمریکا نشان می‌دهد فناوری چاه‌های عمیق می‌تواند گزینه‌ای برای دفع نهایی این مواد باشد؛ روشی که بر اساس مدل‌سازی‌های انجام‌شده، هم از نظر ایمنی و هم از نظر اقتصادی قابل بررسی است.

این پروژه سه‌ساله در چارچوب برنامه ARPA-E CURIE وزارت انرژی آمریکا و با همکاری آزمایشگاه ملی آرگون، دانشگاه اوکلو و دانشگاه کیس وسترن رزرو انجام شده است. شرکت Deep Isolation نیز مسوول بررسی نحوه بسته‌بندی و دفن دائمی پسماند‌های حاصل از بازیافت سوخت هسته‌ای بوده است.

چاه‌های عمیق چطور پسماند هسته‌ای را دفع می‌کنند؟

در این رویکرد، پسماند‌های رادیواکتیو در محفظه‌های ویژه قرار گرفته و سپس در چاه‌های عمیقی که در سازند‌های سنگی مناسب از نظر زمین‌شناسی حفر شده‌اند، دفن می‌شوند. پژوهشگران در این پروژه هم گزینه چاه‌های عمودی و هم چاه‌های افقی را بررسی کردند تا مشخص شود هر یک از این روش‌ها چه میزان ایمنی و صرفه اقتصادی دارند.

مطالعات انجام‌شده تنها به مرحله دفن محدود نبود و کل فرآیند، از ویژگی‌های پسماند تولیدشده در جریان بازیافت سوخت گرفته تا بسته‌بندی مواد، طراحی مخازن، ایمنی در بلندمدت و هزینه نهایی دفع مورد بررسی قرار گرفت.

نتایج اقتصادی این تحلیل نشان داد تمامی سناریو‌های مورد مطالعه می‌توانند هزینه‌ای کم‌تر از هدف تعیین‌شده در این برنامه داشته باشند. این هدف برابر با ۰.۱ سنت به ازای هر کیلووات‌ساعت برق تولیدشده بود.

مدل‌سازی‌ها چه چیزی درباره ایمنی می‌گویند؟

یکی از بخش‌های مهم این پروژه، بررسی رفتار پسماند‌ها در بازه‌های زمانی طولانی و ارزیابی میزان مواجهه احتمالی انسان با پرتو‌های رادیواکتیو بود.

بر اساس مدل‌سازی ایمنی انجام‌شده، تمامی سناریو‌های بررسی‌شده در شرایط مورد انتظار توانستند معیار‌های ایمنی تعیین‌شده در مطالعه را برآورده کنند. در بیشتر سناریو‌ها نیز میزان دوز تابش پیش‌بینی‌شده برای عموم مردم چندین برابر کم‌تر از معیار نظارتی ۱۰ میلی‌رم در سال بود که در این تحلیل مورد استفاده قرار گرفت.

این نتایج البته بر پایه مدل‌سازی و سناریو‌های مورد بررسی است و به معنای اثبات عملیاتی کامل فناوری در مقیاس تجاری نیست؛ بلکه نشان می‌دهد چاه‌های عمیق می‌توانند به عنوان یکی از گزینه‌های قابل بررسی برای مدیریت بلندمدت پسماند هسته‌ای مطرح باشند.

چرا بازیافت سوخت هسته‌ای به سیستم دفع جدید نیاز دارد؟

بازیافت سوخت هسته‌ای با هدف استخراج مواد قابل استفاده و کاهش بخشی از پسماند‌های نهایی انجام می‌شود. در برخی رویکردها، مواد قابل بازیابی از سوخت مصرف‌شده جدا شده و پس از تبدیل به سوخت جدید، دوباره در راکتور مورد استفاده قرار می‌گیرند.

با این حال، حتی پس از بازیافت نیز موادی با سطح بالای پرتوزایی باقی می‌مانند که به دفع دائمی نیاز دارند. به همین دلیل، پروژه CURIE بررسی کرد که آیا می‌توان برای این مواد، راهکاری برای دفع نهایی ایجاد کرد که از نظر اقتصادی مانعی برای توسعه چرخه سوخت بازیافتی ایجاد نکند.

جسی اسلون، معاون اجرایی مهندسی در Deep Isolation، تأکید کرده است که نتایج این پروژه اهمیت طراحی هم‌زمان سیستم‌های بازیافت و دفع را نشان می‌دهد. از این دیدگاه، مدیریت پسماند نباید صرفاً به عنوان مرحله‌ای پس از پایان چرخه سوخت در نظر گرفته شود، بلکه باید از ابتدای طراحی چرخه سوخت مورد توجه قرار گیرد.

قوطی‌های ویژه چگونه چرخه سوخت را به هم متصل می‌کنند؟

یکی از بخش‌های کلیدی این فناوری، سیستم Universal Canister System یا UCS است که Deep Isolation برای مدیریت سوخت مصرف‌شده و پسماند‌های رادیواکتیو سطح بالا توسعه می‌دهد.

این سیستم با هدف استفاده در مراحل مختلف شامل ذخیره‌سازی، حمل‌ونقل و دفع نهایی طراحی شده است. بررسی‌های انجام‌شده در پروژه CURIE نیز نحوه استفاده از این قوطی‌ها در مخازن چاه‌های عمیق عمودی و افقی را ارزیابی کرده است.

بر اساس توضیحات ارائه‌شده از سوی شرکت، این طراحی می‌تواند جریان‌های مختلف پسماند مربوط به راکتور‌های فعلی و نسل‌های پیشرفته را در خود جای دهد. هدف اصلی آن ایجاد یک سیستم یکپارچه است که بتواند مواد باقی‌مانده از چرخه سوخت را از زمان خروج از راکتور تا مرحله دفع نهایی مدیریت کند.

حرکت اوکلو به سمت چرخه بسته سوخت هسته‌ای

یکی از شرکای این پروژه، شرکت Oklo، در حال توسعه راهبردی برای چرخه سوخت است که شامل بازیافت سوخت مصرف‌شده، تولید سوخت جدید و استفاده از آن در راکتور‌های سریع پیشرفته می‌شود.

در این رویکرد، مواد قابل استفاده از سوخت مصرف‌شده بازیابی و پس از تبدیل به سوخت جدید، دوباره در راکتور‌های پیشرفته مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این حال، بخشی از مواد رادیواکتیو همچنان باقی می‌ماند و باید در نهایت به شکل ایمن دفع شود.

«اد پتیت دِ مانژ» معاون رئیس بازیافت سوخت در اوکلو، معتقد است بستن چرخه سوخت می‌تواند امکان استفاده بیشتر از ظرفیت انرژی سوخت هسته‌ای مصرف‌شده و استخراج برخی ایزوتوپ‌ها را فراهم کند، در حالی که مواد باقیمانده هم‌چنان نیازمند مدیریت و دفع دائمی خواهند بود.

آزمایش فناوری دفع پسماند هسته‌ای در تگزاس

Deep Isolation علاوه بر انجام مطالعات و مدل‌سازی‌ها، در حال حرکت به سمت آزمایش فناوری خود در شرایط واقعی است. این شرکت در ژانویه ۲۰۲۶ یک طرح آزمایشی برای تجاری‌سازی فناوری دفع عمیق در کامرون، تگزاس راه‌اندازی کرد.

هدف از این طرح، نمایش عملی سیستم دفع پسماند در چاه‌های عمیق و بررسی امکان استفاده گسترده‌تر از این فناوری است. در صورت موفقیت آزمایش‌های عملی، چنین رویکردی می‌تواند به یکی از گزینه‌های مورد بررسی برای مدیریت بلندمدت پسماند‌های هسته‌ای تبدیل شود.

نتایج پروژه سه‌ساله CURIE نشان می‌دهد چاه‌های عمیق از نظر مدل‌سازی ایمنی و اقتصادی، ظرفیت تبدیل شدن به یک گزینه برای دفع دائمی پسماند‌های باقیمانده از بازیافت سوخت هسته‌ای را دارند. هزینه پیش‌بینی‌شده در سناریو‌های بررسی‌شده کم‌تر از ۰.۱ سنت به ازای هر کیلووات‌ساعت بوده و دوز تابش پیش‌بینی‌ شده برای عموم در بیشتر موارد چندین برابر پایین‌تر از معیار ۱۰ میلی‌رم در سال قرار داشته است.

با وجود این، تبدیل نتایج مدل‌سازی به یک راهکار تجاری و عملیاتی در مقیاس گسترده نیازمند آزمایش‌های بیشتر، بررسی‌های زمین‌شناسی، ارزیابی‌های نظارتی و اثبات عملکرد فناوری در شرایط واقعی است. حرکت Deep Isolation به سمت اجرای طرح آزمایشی در تگزاس نشان می‌دهد مرحله بعدی این فناوری، عبور از مطالعات نظری و بررسی عملکرد آن در دنیای واقعی خواهد بود.

منبع: تجارت‌نیوز