Вблизи американского города Падука, штат Кентукки , хранятся тысячи цилиндров с отработанными материалами бывшего предприятия по обогащению урана. Компания Global Laser Enrichment (GLE) планирует использовать эти запасы в качестве источника сырья, используя технологию лазерного обогащения. Об этом пишет Technology Review.
См. также Наука обнаружила четкие математические закономерности в человеческой любви
Как работает лазерное обогащение урана?
Суть проекта заключается не в добыче нового урана, а в повторном использовании материала, ранее считавшегося отходами. С помощью лазеров компания хочет повысить концентрацию изотопа урана-235 примерно до природного уровня – около 0,7%. После этого материал можно использовать как обычное сырье для дальнейшего производства ядерного топлива.
В перспективе GLE планирует использовать свою технологию и для создания топлива, пригодного для современных и перспективных ядерных реакторов.
Почему именно уран нужно обогащать?
Естественный уран почти полностью состоит из изотопа уран-238 – его доля превышает 99%. Только примерно 0,7% приходится на уран-235 , способный поддерживать цепную ядерную реакцию и вырабатывать энергию.
Поэтому для работы большинства атомных электростанций природный уран необходимо обогащать. Современные реакторы обычно используют топливо с концентрацией примерно 5% урана-235, в то время как некоторые реакторы нового поколения потребуют материала с содержанием этого изотопа до 20%.
В настоящее время основным способом обогащения остаются газовые центрифуги. Они вращают газ с чрезвычайно большой скоростью, поэтому тяжелые молекулы с ураном-238 удаляются к краям, а более легкие, содержащие уран-235, концентрируются ближе к центру.
Лазерная разработка работает совсем по другому. Она использует особенность молекул по-разному колебаться и вращаться на атомном уровне. Поскольку разные изотопы обладают собственными спектральными характеристиками, лазер может избирательно влиять только на молекулы, содержащие уран-235. Это изменяет их физические или химические свойства и облегчает дальнейшее отделение от остального материала.
Конкретный принцип работы технологии GLE остается засекреченным, поэтому компания не раскрывает технические детали процесса.
Почему к лазерам вернулись именно сейчас?
Как отмечает главный научный сотрудник Массачусетского технологического института Чарльз Форсберг, идея лазерного обогащения существует уже много десятилетий. Однако ранее лазеры были дорогими, нестабильными и требовали сложного обслуживания.
Современные лазерные системы стали гораздо более надежными, что сделало технологию более привлекательной для промышленного использования.
Не менее важную роль сыграло и изменение геополитической ситуации. Россия многие годы оставалась крупнейшим в мире поставщиком услуг по обогащению урана.
"Никто на Западе не строил новых предприятий по обогащению, пока Россия заполняла мировой рынок обогащенным ураном", – объяснил Чарльз Форсберг .
После начала полномасштабной войны России против Украины США, Великобритания и ряд других стран начали постепенно ограничивать или полностью запрещать импорт российского урана. Это стимулировало развитие альтернативных технологий и создание новых предприятий.
Президент компании LIS Technologies Кристо Либенберг считает, что спрос на новые источники ядерного топлива будет только расти. "Разрыв между спросом и предложением становится все больше, и эта технология оказалась прямо в центре этого процесса", – отметил он.
Старые отходы как новое месторождение
В отличие от других компаний, GLE не планирует начинать с обогащения свежедобытого урана. Первым проектом станет переработка старых запасов, десятилетиями накапливавшихся на площадке в Падуке.
Компания уже заключила контракт с Министерством энергетики США на повторную переработку оставшихся после работы старого завода материалов. Речь идет примерно о 200 тысячах метрических тонн материала, содержащего остаточные концентрации урана. GLE планирует отбирать материал с содержанием не менее 0,25% урана-235 и доводить его концентрацию примерно до 0,7%.
"Для нас это своеобразное крупное наземное месторождение урана", – объяснил вице-президент компании по правительственным связям и коммуникациям Нима Ашкебусси.
Дешевле ли лазерная технология?
По словам генерального директора GLE Стивена Лонга , отдельный модуль лазерного обогащения сложнее и дороже одной центрифуги. В то же время для полноценного производства требуется гораздо меньшее оборудование.
Если традиционный завод использует многие тысячи центрифуг, то предприятию GLE будет достаточно менее тысячи лазерных установок. Это должно сократить первоначальные инвестиции, а также снизить эксплуатационные расходы, в частности, благодаря меньшему потреблению электроэнергии.
В 2025 году компания завершила демонстрационные испытания на предприятии в Уилмингтоне, штат Северная Каролина, где переработала несколько сот килограммов урана. Сейчас GLE готовит новую демонстрационную установку, которая должна подтвердить работоспособность технологии в промышленных масштабах.
Параллельно компания проходит процедуру лицензирования в Комиссии по ядерному регулированию США. Ожидается, что финальная оценка безопасности будет завершена в ноябре, а окончательное разрешение может быть выдано в 2027 году. Если график не изменится, коммерческая переработка материала в Падуке начнется в 2030 году.
Эксперты отмечают, что на Земле достаточно запасов урана для работы атомной энергетики еще многие десятилетия. Однако из-за роста спроса и изменения на мировом рынке новые технологии могут помочь избежать дефицита топлива и резких скачков цен. Старший научный сотрудник Nuclear Innovation Alliance Стивен Грин считает, что лазерное обогащение потенциально может оказаться дешевле современных методов. В то же время, он предостерегает, что окончательную оценку можно будет сделать только после строительства полноценного промышленного предприятия.
"Как и с большинством новых технологий, на самом деле этого не узнаешь, пока не попробуешь его построить", – подытожил он.