Scienco

ENERGIO

Ĉu fino de la atomepoko?

La nuklea energio (en armiloj kaj el pacaj atomelektrejoj egale) estas kritikata akre kaj ĝeneralige pro granda minaco al la sano kaj vivo de homoj kaj vivmedio. Sub la premo de la publika opinio, landoj eĉ konstruintaj multajn sekure funkciantajn nukleajn centralojn, ĉesis plani novajn centralojn kaj planas fermi la ekzistantajn (tabelo 1). En la jaro 2000 la germana registaro decidis, ke Germanio estu la unua industria povo, kiu iras al tuta forlaso de la nuklee produktata elektro.

Tiuj ŝanĝoj eble konsidereblas kiel sojlo de la fino de la atomepoko. Tamen laŭŝajne neniu planas grandskalan uzon de t.n. verdaj energifontoj anstataŭ la mankonta. Do por anstataŭigi la malaperontan atomenergion oni konsumos pli da hidrokarbonidoj. Sekve pliiĝos la malpurigado de la aero kaj pro tio ankaŭ ties lastatempe multe traktata tutgloba forceja efiko. Tamen ŝajnas ke la nuklea energio, precipe ĝia fisiodevena tipo (fisio = nuklea fendiĝo), ne estos tolerata kun siaj aktualaj malbonaĵoj. La plej kriza el tiuj estas la radioaktivaj postrestaĵoj. Ili konsistas ne el nur unu materio sed el diversaj substancoj kies vivdaŭro (tempo dum kiu ili radias en danĝera grado) varias de kelkaj minutoj ĝis miloj aŭ eĉ milionoj da jaroj (tabelo 2). La longdaŭre aktivaj radioizotopoj devas resti konservataj tre longe en kavernoj stabilaj en profunde kuŝantaj kaj perfekte izolaj geologiaj tavoloj. La pli mallongdaŭre aktivaj eroj, ekzemple elementoj kiel teknecio-99, jodo-129 kaj cezio-135, pro sia moviĝemo forte inklinas eskapi el ĉiaspecaj staplejoj kaj serioze minacas la sanon de la homoj.

Ĉu neniigi la radioaktivajn postrestaĵojn?

Por venki tiajn problemojn oni ŝatus iel neniigi la nukleajn postrestaĵojn. Feliĉe tio eblas per ties neŭtronbombado. La neŭtronoj absorbiĝos en la atomonukleoj de la substancoj kaj kaŭzos ties transmutacion au fendiĝon. Unue esploristoj proponis uzi neŭtronan flukson kiu ekzistas en la koro de la nukleaj reaktoroj kaj inventis la bredreaktoroj (superfeniksoj) kun malferma ciklo de la nukleaj brulaĵoj. La celo estis fisii (bruligi) nur plutonion kaj neuzitan uranion aldone al preparado de aliaj radioaktivaj restaĵoj por staplado.

Diversaj eksperimentoj en tiaj sistemoj montris ke la rendimento de la metodo estas malalta, do plejparto de la problemo kaj ankaŭ aliaj malavantaĝoj de la ordinaraj reaktoroj plu ekzistas. Poste oni proponis uzadon de eksteraj korpusklo-akceliloj kiel fonton de neŭtronoj. En tiuj, la protonoj akceliĝas ĝis altaj rapidoj kaj poste ektuŝas densan celon kiel torion, plumbon aŭ bismuton por eltiri neŭtronojn el ĝi. Sufiĉa grandeco de la neŭtron-flukso vere kaŭzas la deziratajn procezojn.

Ekzemple en tiel grandaj fluksoj neptunio-237 absorbas du neŭtronojn kaj transformiĝas al neptunio-239, kiu mem fisiiĝinte donos averaĝe 2,7 neŭtronojn. Male en iu malgranda flukso da neŭtronoj neptunio-237 transmutacias al plutonio-239, travivinte miksaĵon de neŭtron-absorbado kaj beta-putrado. Tiu plutonio poste fendiĝas kaj en la procezo entute konsumiĝas tri kaj estiĝas 2,9 neŭtronoj. Evidentas, ke la unua procezo estas preferata, ĉar la pliaj neŭtronoj amplifas la flukson kaj kaŭzas pluajn transmutaciojn aŭ fendiĝojn.

Pere de la sama procezo eblas forbruligi la plej longdaŭre aktivajn substancojn, kiuj ĉefe estas aktinidoj kiel plutonio-239, neptunio-237, americio-241 kaj kuriumo-242. La fendiĝoj liberigas energion kaj produktas malpli pezajn nukleojn, kiuj plej ofte havas mallongajn vivdaŭrojn. Cetere la neŭtrona flukso estas tiom forta, ke ĝi eĉ transmutaciigas malpli pezajn radioizotopojn kaj neniigas ilin. Tiel oni reale bruligas la radioaktivajn postrestaĵojn kaj akiras energion. En nuntempaj nukleaj elektrocentraloj oni metas fisieblan materion (uranio-235 aŭ plutonio-239) en la reaktoron. Trafite de neŭtronoj, atomnukleoj de tiaj substancoj fendiĝas, liberigas energion kaj aldone du-tri neŭtronojn, kiuj siavice kaŭzos pluajn fendiĝojn kaj tiel vivtenas ĉenan reagadon. Uranio-235 enkaptas unu neŭtronon kaj donas 2,43 neŭtronojn en ĉiu fendiĝo. Se ĉiu rezultigita neŭtrono kaŭzas alian fendiĝon la grado de la reagado tre rapide kreskos. Tio okazas en atombomboj kaj la konsekvenco estas nuklea eksplodo. En la nukleaj elektrocentraloj oni eksterigas kelkajn el la neŭtronoj kaj tiel la reagada grado restas sub unu. Tamen tiaj instalaĵoj funkcias tro proksime al la kriza punkto. Misfunkciado de la regadsistemo povas rezultigi gravan katastrofon kiel tiu en Ĉernobilo.

Torio esperigas favorajn perspektivojn por nukleaj centraloj

En reaktoron funkciigitan per akcelilo (Accelerator Driven System – ADS) ne necesas meti riĉigitan fisiaĵon. Do kelkaj el neŭtronoj enkaptiĝas per substancoj aliaj ol fisiaĵo kaj tiel la ĉena reagado restas sub la kriza punkto. Oni povas facile ĉesigi ĝin per haltigo de la neŭtrona flukso.

Alia ebla apliko estas konsumi plutonion (kiu estas uzebla ankaŭ por fari nukleajn armilojn) en iu sekura maniero por akiri energion. Eĉ eblas uzi la malpli facile fisieblejn materiojn kiel torio-232, kiu estas neuzebla en la ordinaraj reaktoroj, ĉar ĝia fendiĝo ne donos sufiĉe da neŭtronoj por vivteni ian ĉenan reagadon. Torio-232, absorbante unu neŭtronon transformiĝas al torio-233, kiu mem putras al uranio-233 kaj ĉi lasta substanco fisiiĝos. Uzado de torio-232 anstataŭ uranio-235 havas kelkajn avantaĝojn:

- Torio estas trovebla en la tergloba krusto en trioble pli granda kvanto ol uranio.

- Preskaŭ la tuto de la torio-minaĵo estas uzebla en reaktoro, dum nur 0,7% de la natura uranio estas tia.

- Torio liberigas 40-oble pli da energio ol sammasa uranio.

- Post fisio de torio restos malpli da longdaŭre radioaktivaj materioj, ĉefe aktinidoj. (Laŭ freŝaj informoj, la radiotokseco de tiuj radioaktivaj materioj, kiuj restas post fisio de torio estas preskaŭ miloble malpli ol tiu de la postrestaĵoj de uranio.)

Tamen eĉ se la fisiaĵo estas uranio, uzante reaktoron funkciigatan per akcelilo potenciale eblas tute bruligi la radioaktivajn postrestaĵojn. Konklude, per tia teknologio eblas atingi finan radioaktivecon malpli ol tiu de la urania erco!

Multaj eksperimentoj pruvis ke la principo de la metodo konigita ĉi-supre estas ĝusta kaj ĝi korekte funkcios, sed por realigi kompletan sistemon, necesas solvi kelkajn problemojn kaj plu disvolvi la teknologion. Tamen promesoj estas multaj, do nepre indas financi pluajn provojn.