Поблизу американського міста Падука, штат Кентуккі, зберігаються тисячі циліндрів із відпрацьованими матеріалами колишнього підприємства зі збагачення урану. Компанія Global Laser Enrichment (GLE) планує використати ці запаси як джерело сировини, застосувавши технологію лазерного збагачення. Про це пише Technologyreview.
Дивіться також Наука виявила чіткі математичні закономірності у людському коханні
Як працює лазерне збагачення урану?
Суть проєкту полягає не у видобутку нового урану, а у повторному використанні матеріалу, який раніше вважався відходами. За допомогою лазерів компанія хоче підвищити концентрацію ізотопу урану-235 приблизно до природного рівня – близько 0,7%. Після цього матеріал можна буде використовувати як звичайну сировину для подальшого виробництва ядерного палива.
У перспективі GLE планує застосовувати свою технологію і для створення палива, придатного для сучасних і перспективних ядерних реакторів.
Чому саме уран потрібно збагачувати?
Природний уран майже повністю складається з ізотопу уран-238 – його частка перевищує 99%. Лише приблизно 0,7% припадає на уран-235, який здатний підтримувати ланцюгову ядерну реакцію та виробляти енергію.
Саме тому для роботи більшості атомних електростанцій природний уран необхідно збагачувати. Сучасні реактори зазвичай використовують паливо із концентрацією приблизно 5% урану-235, тоді як деякі реактори нового покоління потребуватимуть матеріалу із вмістом цього ізотопу до 20%.
Наразі основним способом збагачення залишаються газові центрифуги. Вони обертають газ із надзвичайно великою швидкістю, через що важчі молекули з ураном-238 віддаляються до країв, а легші, що містять уран-235, концентруються ближче до центру.
Лазерна технологія працює зовсім інакше. Вона використовує особливість молекул по-різному коливатися та обертатися на атомному рівні. Оскільки різні ізотопи мають власні спектральні характеристики, лазер може вибірково впливати лише на молекули, що містять уран-235. Це змінює їхні фізичні або хімічні властивості та полегшує подальше відокремлення від решти матеріалу.
Конкретний принцип роботи технології GLE залишається засекреченим, тому компанія не розкриває технічних деталей процесу.
Чому до лазерів повернулися саме зараз?
Як зазначає головний науковий співробітник Массачусетського технологічного інституту Чарльз Форсберг, ідея лазерного збагачення існує вже багато десятиліть. Проте раніше лазери були дорогими, нестабільними та вимагали складного обслуговування.
Сучасні лазерні системи стали набагато надійнішими, що зробило технологію значно привабливішою для промислового використання.
Не менш важливу роль відіграла і зміна геополітичної ситуації. Росія багато років залишалася найбільшим у світі постачальником послуг зі збагачення урану.
"Ніхто на Заході не будував нових підприємств зі збагачення, поки Росія заповнювала світовий ринок збагаченим ураном", – пояснив Чарльз Форсберг.
Після початку повномасштабної війни Росії проти України США, Велика Британія та низка інших країн почали поступово обмежувати або повністю забороняти імпорт російського урану. Це стимулювало розвиток альтернативних технологій і створення нових підприємств.
Президент компанії LIS Technologies Крісто Лібенберг вважає, що попит на нові джерела ядерного палива лише зростатиме. "Розрив між попитом і пропозицією стає дедалі більшим, і ця технологія опинилася просто в центрі цього процесу", – зазначив він.
Старі відходи як нове "родовище"
На відміну від інших компаній, GLE не планує починати із збагачення свіжовидобутого урану. Першим проєктом стане переробка старих запасів, які десятиліттями накопичувалися на майданчику в Падуці.
Компанія вже уклала контракт із Міністерством енергетики США на повторну переробку матеріалів, що залишилися після роботи старого заводу. Йдеться приблизно про 200 тисяч метричних тонн матеріалу, який містить залишкові концентрації урану. GLE планує відбирати матеріал із вмістом не менше 0,25% урану-235 та доводити його концентрацію приблизно до 0,7%.
"Для нас це своєрідне велике наземне родовище урану", – пояснив віцепрезидент компанії з урядових зв'язків і комунікацій Німа Ашкебуссі.
Чи дешевша лазерна технологія?
За словами генерального директора GLE Стівена Лонга, окремий модуль лазерного збагачення є складнішим і дорожчим за одну центрифугу. Водночас для повноцінного виробництва потрібно значно менше обладнання.
Якщо традиційний завод використовує багато тисяч центрифуг, то підприємству GLE буде достатньо менш ніж тисячі лазерних установок. Це має скоротити початкові інвестиції, а також знизити експлуатаційні витрати, зокрема завдяки меншому споживанню електроенергії.
У 2025 році компанія завершила демонстраційні випробування на підприємстві у Вілмінгтоні, штат Північна Кароліна, де переробила кілька сотень кілограмів урану. Зараз GLE готує нову демонстраційну установку, яка має підтвердити працездатність технології вже у промислових масштабах.
Паралельно компанія проходить процедуру ліцензування в Комісії з ядерного регулювання США. Очікується, що фінальна оцінка безпеки буде завершена в листопаді, а остаточний дозвіл можуть видати у 2027 році. Якщо графік не зміниться, комерційна переробка матеріалу в Падуці розпочнеться у 2030 році.
Експерти зазначають, що на Землі достатньо запасів урану для роботи атомної енергетики ще протягом багатьох десятиліть. Однак через зростання попиту та зміни на світовому ринку нові технології можуть допомогти уникнути дефіциту палива й різких стрибків цін. Старший науковий співробітник Nuclear Innovation Alliance Стівен Грін вважає, що лазерне збагачення потенційно може виявитися дешевшим за сучасні методи. Водночас він застерігає, що остаточну оцінку можна буде зробити лише після будівництва повноцінного промислового підприємства.
"Як і з більшістю нових технологій, насправді цього не дізнаєшся, поки не спробуєш її побудувати", – підсумував він.