Η πυρηνική ενέργεια είναι από τις καθαρότερες πηγές ενέργειας στη Γη, αλλά τα υλικά που την τροφοδοτούν μπορούν να υποβαθμιστούν κατά τη λειτουργία. Μια νέα διεθνής μελέτη μπορεί να αποκαλύψει ασφαλέστερα, μεγαλύτερης διάρκειας καύσιμα για την επόμενη γενιά αντιδραστήρων.
Προκλήσεις με το τρέχον πυρηνικό καύσιμο
Ο Samrat Choudhury, αναπληρωτής καθηγητής μηχανολογίας στο Πανεπιστήμιο του Μισισιπή, είναι μέλος μιας ομάδας ερευνητών που αναζητούν τρόπους για να κάνουν τους πυρηνικούς αντιδραστήρες πιο σταθερούς για μακροχρόνια χρήση.
Σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Advanced Materials Interfaces, διαπίστωσαν ότι η ενσωμάτωση νανοσωματιδίων νιτριδίου του ουρανίου σε ένα μεταλλικό καύσιμο μπορεί να το βοηθήσει να αντέξει καλύτερα το ακραίο περιβάλλον ακτινοβολίας εντός των αντιδραστήρων σχάσης.
"Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα με το τρέχον πυρηνικό καύσιμο, ειδικά το μεταλλικό καύσιμο, είναι ότι κατά την ακτινοβολία, το υλικό διογκώνεται και αγγίζει το περιβάλλον υλικό επένδυσης", είπε.
Η επένδυση είναι το προστατευτικό κέλυφος που διατηρεί το ραδιενεργό καύσιμο και τα υποπροϊόντα του σφραγισμένα από τον αντιδραστήρα. Με την πάροδο του χρόνου, η αλληλεπίδραση αυτών των υποπροϊόντων σχάσης προκαλεί την υποβάθμιση και την εύθραυστη επένδυση, μειώνοντας ενδεχομένως τη διάρκεια ζωής του αντιδραστήρα.
«Η ιδέα είναι, μπορούμε να παγιδεύσουμε τα προϊόντα σχάσης μέσα στην ίδια τη μεταλλική μήτρα πριν φτάσουν στην επένδυση;» είπε ο Choudhury. «Αν μπορούμε, μιλάμε για καύσιμα για την επόμενη γενιά πυρηνικών αντιδραστήρων».
Πιθανός αντίκτυπος στην υιοθέτηση της πυρηνικής ενέργειας
Η πυρηνική ενέργεια είναι μια πηγή καθαρής ενέργειας με σχεδόν μηδενικές εκπομπές, χρησιμοποιεί πολύ λιγότερη γη από άλλες πράσινες πηγές ενέργειας και παράγει λιγότερη ρύπανση από τους μη ανανεώσιμους πόρους όπως τα ορυκτά καύσιμα. Ωστόσο, η πυρηνική ενέργεια παρέχει μόνο περίπου το 20% της ηλεκτρικής ενέργειας στις Ηνωμένες Πολιτείες.
Το να κάνουμε την πυρηνική ενέργεια πιο αποτελεσματική και λιγότερο επιρρεπή στην υποβάθμιση θα μπορούσε να βοηθήσει να γίνει πιο διαδεδομένη, δήλωσε ο Indrajit Charit, πρόεδρος του Τμήματος Πυρηνικής Μηχανικής και Βιομηχανικής Διοίκησης στο Πανεπιστήμιο του Idaho.
«Αν μπορείτε να αφήσετε το καύσιμο για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα στον αντιδραστήρα και να λάβετε όλη την ενέργεια που μπορεί να εξαχθεί από αυτόν, τότε ο ρυθμός με τον οποίο συσσωρεύετε αναλωμένο καύσιμο θα επιβραδυνθεί», είπε. «Η καύση καυσίμου εξαρτάται επίσης από την απόδοση της επένδυσης.
«Αν η επένδυση σπάει, δεν μπορείτε απλώς να αφήσετε το καύσιμο μέσα. Έτσι, αυτή η έρευνα μας βοηθά επίσης να βελτιώσουμε τόσο την καύση καυσίμου όσο και την αποδοτικότητα."
Νανοσωμάτια και μείωση των πυρηνικών αποβλήτων
Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε το 2024, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ο σχηματισμός μικροσκοπικών σωματιδίων νιτριδίου ουρανίου μέσα στο καύσιμο μπορεί να συλλάβει και να συγκρατήσει αέρια σχάσης και άλλα υποπροϊόντα. Η μελέτη παρακολούθησης του 2025 εξέτασε αυτά τα νανοσωματίδια και διαπίστωσε ότι η διεπαφή μεταξύ των νανοσωματιδίων νιτριδίου ουρανίου και του μεταλλικού καυσίμου θα μπορούσε να συλλάβει τα προϊόντα σχάσης που προκαλούν την αποτυχία του πυρηνικού καυσίμου.
"Εάν μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το καύσιμο για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, υπάρχει δυνατότητα μείωσης της ποσότητας «τα απόβλητα που παράγουμε», είπε ο Choudhury. «Ένα από τα σημαντικότερα εμπόδια για την πυρηνική ενέργεια είναι ότι παράγει πολλά πυρηνικά απόβλητα.
«Αν μπορέσουμε να μειώσουμε σημαντικά τα απόβλητα, η υιοθέτηση της πυρηνικής ενέργειας θα γίνει πολύ πιο εύκολη».
Οι ανησυχίες για τα ραδιενεργά απόβλητα είναι ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια στην ευρεία χρήση της πυρηνικής ενέργειας. Αλλά αυξάνοντας τη διάρκεια ζωής τόσο του καυσίμου όσο και των αντιδραστήρων, η ποσότητα των παραγόμενων αποβλήτων θα μειωθεί, ανέφεραν οι ερευνητές.
Επόμενα βήματα για την εφαρμογή στον πραγματικό κόσμο
Πριν συμβεί αυτό, ωστόσο, οι ερευνητές πρέπει να δοκιμάσουν το καύσιμο με νανοσωματίδια σε πραγματικές συνθήκες για να διασφαλίσουν την ασφάλειά του.
«Το επόμενο στάδιο θα ήταν να λάβουμε χρηματοδότηση και να προσπαθήσουμε να το τελειοποιήσουμε και στη συνέχεια να συνεργαστούμε με τις βιομηχανίες για να δούμε αν θα ενδιαφέρονταν να το εφαρμόσουν», είπε ο Charit. «Χρειάζεται πολύς χρόνος για να ωριμάσουν αυτές οι τεχνολογίες και να φτάσουν σε ένα επίπεδο όπου οι εταιρείες θα τις υιοθετήσουν, αλλά αυτό είναι το πρώτο βήμα».
