Επανάσταση στην πυρηνική έρευνα: Το νέο καύσιμο που αλλάζει τα δεδομένα στο Μόναχο

Μια αθόρυβη αλλά καθοριστική νίκη για την επιστήμη και την παγκόσμια ασφάλεια σημειώθηκε πρόσφατα στα εργαστήρια της Ευρώπης. Στο επίκεντρο των εξελίξεων βρίσκεται το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου (TUM) και η ερευνητική πηγή νετρονίων FRM II, όπου ολοκληρώθηκε με απόλυτη επιτυχία μια κρίσιμη δοκιμή ενός καινοτόμου πυρηνικού καυσίμου. Το αποτέλεσμα αυτό ανοίγει τον δρόμο για τη μετάβαση από το υψηλά εμπλουτισμένο ουράνιο (HEU) σε χαμηλά εμπλουτισμένο ουράνιο (LEU), ικανοποιώντας ένα χρόνιο αίτημα της διεθνούς κοινότητας για τη μη διάδοση των πυρηνικών όπλων.

Το τέλος μιας εποχής για το HEU

Για δεκάδες χρόνια, οι ερευνητικοί αντιδραστήρες υψηλής απόδοσης, όπως ο FRM II στο Garching της Γερμανίας, βασίζονταν σε ουράνιο εμπλουτισμένο σε ποσοστό άνω του 90% (HEU). Αυτό το υλικό, αν και εξαιρετικά αποδοτικό για την παραγωγή της πυκνής ροής νετρονίων που απαιτείται για πειράματα ιατρικής και φυσικής, θεωρείται «ευαίσθητο» υλικό, καθώς μπορεί θεωρητικά να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή πυρηνικών όπλων.

Η διεθνής πίεση για τη μείωση της χρήσης του HEU σε μη στρατιωτικές εφαρμογές είναι έντονη. Ωστόσο, η εξίσωση δεν ήταν ποτέ εύκολη: πώς μειώνεις τον εμπλουτισμό του καυσίμου κάτω από το 20% (LEU) χωρίς να καταστρέψεις την απόδοση του αντιδραστήρα; Η απάντηση της επιστήμης ήρθε μέσω της πυκνότητας. Αν το καύσιμο έχει λιγότερο σχάσιμο υλικό ανά μονάδα βάρους, πρέπει να «πακετάρεις» περισσότερο καύσιμο στον ίδιο χώρο.

Το «μυστικό» συστατικό: Ουράνιο-Μολυβδαίνιο

Η λύση που δοκιμάστηκε και φαίνεται να κερδίζει το στοίχημα είναι ένα νέο κράμα: το μονολιθικό ουράνιο-μολυβδαίνιο (U-Mo). Σε αντίθεση με τα παλαιότερα καύσιμα που ήταν ουσιαστικά σκόνη ουρανίου διασκορπισμένη σε αλουμίνιο, το νέο αυτό υλικό είναι ένα συμπαγές μέταλλο. Αυτή η «μονολιθική» δομή επιτρέπει εξαιρετικά υψηλή πυκνότητα ουρανίου, ικανή να αντισταθμίσει τον χαμηλότερο εμπλουτισμό.

Η κατασκευή του, ωστόσο, αποτελεί τεχνολογικό άθλο. Η γαλλική εταιρεία Framatome, σε στενή συνεργασία με το TUM και την Επιτροπή Εναλλακτικών Ενεργειών και Ατομικής Ενέργειας της Γαλλίας (CEA), κατάφερε να αναπτύξει μια διαδικασία παραγωγής όπου το ευαίσθητο αυτό κράμα περιβάλλεται από προστατευτικά στρώματα (cladding) με εξαιρετική ακρίβεια.

Η κρίσιμη δοκιμή στο Βέλγιο

Η θεωρία και η εργαστηριακή παραγωγή είναι μόνο η αρχή. Το πραγματικό τεστ είναι η «φωτιά» της ακτινοβολίας. Για τον λόγο αυτό, δύο πλάκες του νέου καυσίμου ταξίδεψαν στο Βέλγιο, στον αντιδραστήρα BR2 του κέντρου ερευνών SCK CEN. Εκεί, υποβλήθηκαν σε συνθήκες ακραίας ακτινοβολίας, προσομοιώνοντας την πραγματική λειτουργία στον πυρήνα του FRM II.

Τα αποτελέσματα προκάλεσαν ανακούφιση και ενθουσιασμό: οι πλάκες άντεξαν χωρίς να εμφανίσουν διόγκωση ή ρωγμές, προβλήματα που είχαν καταδικάσει παρόμοιες προσπάθειες στο παρελθόν. «Είναι η πρώτη φορά που μια διαδικασία παραγωγής για νέα καύσιμα LEU δοκιμάζεται με επιτυχία υπό ρεαλιστικές συνθήκες», επισημαίνουν πηγές από το TUM.

Γιατί μας αφορά;

Ο αντιδραστήρας FRM II είναι ζωτικής σημασίας για την παραγωγή ραδιοϊσοτόπων που χρησιμοποιούνται στη διάγνωση και θεραπεία του καρκίνου, καθώς και για την έρευνα νέων υλικών για μπαταρίες και ηλεκτρονικά. Η διασφάλιση της λειτουργίας του με ένα καύσιμο που είναι πολιτικά αποδεκτό και ασφαλές σημαίνει ότι η Ευρώπη μπορεί να συνεχίσει να καινοτομεί χωρίς εκπτώσεις στην πυρηνική ασφάλεια.

Τα επόμενα βήματα

Με τα θετικά δεδομένα στα χέρια τους, οι επιστήμονες του Μονάχου ετοιμάζονται για το επόμενο μεγάλο βήμα: την υποβολή φακέλου αδειοδότησης μέσα στο 2025. Αν όλα προχωρήσουν βάσει σχεδίου, ο FRM II θα γίνει ο πρώτος αντιδραστήρας της κατηγορίας του που θα ολοκληρώσει αυτή τη δύσκολη μετάβαση, προσφέροντας έναν «οδικό χάρτη» και για άλλες ερευνητικές εγκαταστάσεις σε όλο τον κόσμο, από τις ΗΠΑ μέχρι την Ασία.