Znajdź zawartość

Narodowe Centrum Badań Jądrowych od wielu lat jest wiodącym producentem promieniotwórczego jodu, stosowanego w terapii i diagnostyce medycznej. Naukowcy z Zakładu Badań Reaktorowych nieustannie badają i optymalizują procesy tej produkcji. Najnowszy sposób napromieniania pozwoli na zwiększenie aktywności uzyskanego materiału, ograniczy ilość ciepła wydzielanego podczas produkcji i zmniejszy ilość odpadów promieniotwórczych. Jod-131 jest powszechnie stosowanym radioizotopem, który rozpada się poprzez emisję cząstki beta. Stosowany jest w leczeniu nadczynności tarczycy oraz jej niektórych nowotworów, które wykazują zdolność pochłaniania tego pierwiastka. Jod-131 jest stosowany również jako znacznik w radioterapii np. jako metajodobenzyloguanina -131I (131I-MIBG) w terapii guzów chromochłonnych i nerwiaka płodowego. Obecnie dwutlenek telluru używany jako materiał tarczowy przy produkcji jodu-131 jest najczęściej napromienianym materiałem w reaktorze MARIA – wyjaśnia inż. Anna Talarowska z Zakładu Badań Reaktorowych. Przed każdym cyklem pracy reaktora, do jego kanałów załadowywanych jest średnio około stu czterdziestu zasobników z TeO2. Rocznie napromienianych jest ponad 3000 zasobników w kanałach pionowych reaktora MARIA. Po przetworzeniu w naszym OR POLATOM jod w postaci radiofarmaceutyków lub roztworów radiochemicznych trafia do odbiorców na całym świecie. Modernizacja procesu napromieniania telluru pozwoli na bardziej wydajną produkcję. Jod–131 powstaje w wyniku przemiany β- niestabilnego izotopu 131mTe. Ten ostatni powstaje w wyniku wychwytu neutronu przez atom telluru–130. Warunki pozwalające na wychwyt neutronu przez 130Te panują w reaktorach badawczych takich jak reaktor MARIA. Rdzenie tych reaktorów są projektowane w taki sposób, aby możliwe było umieszczenie zasobników z materiałem tarczowym na określony, optymalny czas napromienienia. Do reaktora MARIA jako tarcza trafia tzw. tellur naturalny, czyli taki, jaki występuje naturalnie w przyrodzie – tłumaczy uczona. Składa się on z ośmiu stabilnych izotopów. Izotop 130Te stanowi jedynie ok. 34 % naturalnego telluru. Pozostałe stabilne izotopy telluru mają większy od 130Te przekrój czynny na wychwyt neutronów. Dzięki dużym wartościom przekrojów czynnych w tellurze znajdującym się w polu neutronów termicznych, a szczególnie epitermicznych, ma miejsce duża generacja ciepła, będącego rezultatem intensywnie zachodzących reakcji jądrowych. Dotyczy to szczególnie izotopu 123Te (stanowiącego 0,9 % naturalnego telluru), którego przekrój czynny na wychwyt neutronów to jest ponad 1000 razy większy, niż w przypadku 130Te. Oznacza to, że dużo łatwiej zachodzi reakcja neutronów z 123Te niż 130Te i jest to efekt niepożądany. Istotą proponowanej zmiany w sposobie produkcji jest napromieniowanie tarcz z naturalnym tellurem o wzbogaceniu w 130Te do 95% (zamiast dotychczasowych 33,8%). Dzięki czemu zmniejszy się liczba reakcji neutronów z innymi izotopami telluru, które stanowią nieużyteczną część końcowego produktu, a znaczącą podwyższy się wydajność napromieniania. Nowy sposób napromieniania tarcz pozwoli na uzyskanie większej aktywności 131I, przy jednoczesnym zmniejszeniu ilość odpadów produkcyjnych i bardziej efektywnym wykorzystaniu kanałów pionowych reaktora. Zwiększenie aktywności końcowego produktu, zmniejszenie ilości odpadów i optymalizacja wykorzystania kanałów, to krok ku wydajniejszej produkcji, a więc też szerszemu dostępowi tego radioizotopu. Cały czas analizujemy procesy napromieniania tak aby możliwie najlepiej zmaksymalizować ich efekty – podkreśla inż. Talarowska. Otrzymane wyniki dotychczasowych analiz pozwalają na wyciągnięcie dwóch zasadniczych wniosków: zastosowanie wzbogaconego telluru znacznie zwiększa wydajność produkcji oraz zmniejsza generację ciepła w zasobnikach. Obecnie trwają prace eksperymentalne, których wyniki pozwolą dokonać końcowej oceny. Z punktu widzenia reaktora MARIA niezbędne jest przygotowanie dokumentacji – m.in. instrukcji i procedur. « powrót do artykułu

Firma Terrapower, w którą zainwestowali Nathan Myhrvold i Bill Gates, jest coraz bliżej zbudowania nowatorskiego reaktora atomowego typu TWR (travelling wave reactor - reaktor z falą wędrującą). O tym, jak wygląda koncepcja tego typu reaktora, informowaliśmy przed dwoma laty. Dość przypomnieć, że jest to reaktor, który sam dla siebie produkuje paliwo, dzięki czemu teoretycznie może działać przez setki lat. Jest urządzeniem znacznie bezpieczniejszym i tańszym w eksploatacji niż obecne elektrownie atomowe. Terrapower rozpoczęła prace nad reaktorem w 2006 roku. W międzyczasie projekt zmieniono tak, że stało się on bardziej podobny do konwencjonalnych reaktorów, dzięki czemu będzie łatwiejszy w budowie. Terrapower obliczyła też już dokładne parametry reaktora. Firma planuje, że w 2016 roku rozpocznie budowę 100-magawatowego TWR, a urządzenie podejmie pracę w roku 2020 i ma działać przez 40-60 lat bez konieczności wymiany paliwa. Największym problemem są koszty budowy reaktora. TWR ma olbrzymie zalety, jednak na jego budowę trzeba prawdopowodnie wydać tyle samo pieniędzy, co na budowę konwencjonalnego reaktora. W oryginalnej koncepcji TWR reakcja rozpoczyna się na jednym końcu reaktora i powoli, w tempie około 1 centymetra na rok, przesuwa się - stąd mowa o „wędrującej fali" - na jego drugi koniec. W zmodernizowanym projekcie Terrapower zaproponowano, by reakcja rozpoczynała się w centrum reaktora. Urządzenie zostanie wypełnione prętami paliwowymi z uranem-235, które zostaną otoczone prętami z uranem-238. Gdy reakcja się rozpocznie, w tych prętach z uranem-238, które są najbliżej prętów z uranem-235 przemiana uranu w pluton zajdzie w pierwszej kolejności. To z kolei spowoduje zapoczątkowanie reakcji w sąsiednich prętach. Gdy paliwo w prętach położonych najbliżej centrum zostanie wypalone, zdalnie sterowane urządzenie przesunie je na obrzeża rdzenia reaktora, a reszta prętów, w tym te, w których reakcja już się rozpoczęła, zostaną przesunięte bliżej środka. Mimo, że system taki wydaje się bardziej skomplikowany od pierwotnej koncepcji, jest w rzeczywistości prostszy. Ciepło jest w nim bowiem generowane zawsze w tym samym miejscu reaktora, a zatem łatwiej jest je wykorzystać do produkcji elektryczności. Jednym z najpoważniejszych problemów jest brak odpowiedniego materiału do produkcji prętów paliwowych. Obecnie używana stal nie jest w stanie wytrzymać dziesiątków lat promieniowania. Może puchnąć i zamknie przestrzenie pomiędzy prętami, którymi przepływa chłodziwo. Eksperci z Terrapower mówią, że stal, która miałaby wytrzymać 40 lat musi być dwu- lub trzykrotnie bardziej wytrzymała niż obecnie. Inżynierowie wykorzystują modele komputerowe do przewidywania zachowań materiałów. Jeśli dowiedzą się dzięki nim, jak bardzo stal może puchnąć, niewykluczone, że zwiększą odległości pomiędzy prętami. Terrapower prowadzi obecnie negocjacje z partnerami z Chin, Rosji i Indii, z którymi chce wybudować pierwszy TWR.

Zespół profesor Sossiny Haile z California Institute of Technology opracował nowatorską technologię umożliwiającą wykorzystanie energii słonecznej do zmiany dwutlenku węgla i wody w paliwa. Pomysł polega na wykorzystaniu tlenku ceru, powszechnie stosowanego np. w powłokach samoczyszczących się kuchenek. Cer jest na ziemi niemal tak rozpowszechniony jak miedź. Uczeni zbudowali 60-centymetrowej wysokości prototypowy reaktor, który wyposażono w kwarcowe okno oraz wnękę, która absorbuje skoncentrowane promienie słoneczne. Wnętrze reaktora pokryte jest tlenkiem ceru. Reaktor korzysta z faktu, że tlenek ceru w bardzo wysokich temperaturach oddaje tlen ze swojej struktury krystalicznej, a w niższych - absorbuje go. Szczególną właściwością tego materiału jest fakt, że nie oddaje on całego tlenu, dzięki czemu struktura materiału pozostaje nietknięta, gdy tlen go opuszcza. Gdy ochładzamy reaktor, materiał wchłania tlen w swoją strukturę - wyjaśnia Haile. Ten wchłaniany tlen pochodzi albo z dwutlenku węgla (CO2) albo z pary wodnej (H2O), które są pompowane do reaktora. Gdy tlenek ceru wchłonie tlen, w reaktorze pozostają wodór (H2) lub tlenek węgla (CO). Wodór sam w sobie jest paliwem. Możemy też łączyć wodór z tlenkiem węgla, uzyskując gaz syntezowy będący podstawą do produkcji płynnych paliw węglowodorowych. Jeśli do mieszaniny gazów dodamy inne katalizatory, uzyskamy metan. Proces można wielokrotnie powtarzać, ogrzewając i ochładzając wnętrze reaktora. Prototypowy reaktor wymaga do pracy temperatury 1648 stopni Celsjusza. W Caltechu testowano go za pomocą pieców, jednak uczeni chcieli sprawdzić go w warunkach podobnych do rzeczywistych. Dlatego zabrali swój reaktor do Szwajcarii do Instytutu Paula Scherrer, gdzie znajduje się symulator Słońca. Reaktor poddano działaniu temperatury takiej, jaką na Ziemię mogłoby dostarczyć 1500 Słońc. Podczas eksperymentu uzyskaną najwyższą zanotowaną dysocjację CO2. Reaktor był o "rzędy wielkości" bardziej wydajny niż wszystko, co dotychczas uzyskano. Profesor Haile wyjaśnia, że dzieje się tak, gdyż urządzenie wykorzystuje całe spektrum światła słonecznego, a nie tylko konkretną częstotliwość. Ponadto, w przeciwieństwie do elektrolizy, ilość poddanego dysocjacji CO2 nie jest ograniczona jego rozpuszczalnością w wodzie, a wysokie temperatury pracy reaktora pozwalają na rezygnację z drogich metali w roli katalizatora. Uczeni, gdy przekonali się już, że ich reaktor działa tak, jak oczekiwali, rozpoczynają prace nad jego udoskonaleniem, przede wszystkim nad formułą tlenku ceru. Jej udoskonalenie ma pozwolić na zmniejszenie temperatury reakcji oraz nad lepszym wykorzystaniem energii Słońca. Obecnie reaktor wykorzystuje mniej niż 1% trafiającej doń energii. Reszta jest tracona w postaci ciepła przenikającego przez ściany reaktora czy jej promieniowanie przez okno. Gdy projektowaliśmy reaktor nie zajmowaliśmy się kontrolą strat energii - mówi profesor Haile. Tymczasem z obliczeń współpracującego z Haile studenta Williama Chueha wynika, że możliwe jest wykorzystanie nawet ponad 15% energii dostarczanej przez Słońce. W przyszłości reaktor Haile może zostać np. wykorzystany do zamiany dwutlenku węgla emitowanego przez elektrownie węglowe w płynne paliwo. Moglibyśmy zatem dwukrotnie wykorzystywać ten sam węgiel - stwierdza pani profesor.

Niewielka firma Joule Biotechnologies przygotowała proces produkcyjny, który, jeśli sprawdzi się poza laboratorium, może zmienić rynek biopaliw. Przedsiębiorstwo twierdzi bowiem, że jest w stanie z 1 hektara pozyskać w ciągu roku 189 000 litrów paliwa, którego cena będzie konkurencyjna wobec ceny paliw kopalnych. Ma ona być porównywalna z ropą sprzedawaną w cenie 50 USD za baryłkę. W bioreaktorach Joule Biotechnologies rozmnażają się genetycznie zmodyfikowane bakterie, które wykorzystują energię Słońca do zamiany dwutlenku węgla i wody w paliwo. Mikroorganizmy krążą w przezroczystym płaskim reaktorze i są "żywione" skoncentrowanym dwutlenkiem węgla, który może pochodzić np. z elektrowni. Cały proces jest nieco podobny do pozyskiwania paliwa z alg, z tym, że nie wykorzystuje alg. Ponadto biopaliwo z alg trzeba poddać rafinacji, gdy bakterie Joule Biotechnologies produkują gotowe paliwo. Dotychczasowe technologie produkcji biopaliw były niezwykle wymagające pod względem wymaganej powierzchni upraw, dostarczanej wody i energii. Myślę, że jesteśmy pierwszą firmą, która ma rozwiązanie pozwalające uniezależnić się od zewnętrznych źródeł energii - mówi Bill Sims, prezes Joule Biotechnologies. Jeszcze w bieżącym roku ma powstać pierwsza pilotażowa instalacja do produkcji biopaliwa nową metodą. W roku 2010 zostanie w niej uruchomiona produkcja, a w 2011 paliwo będzie sprzedawane na dużą skalę.

Firma Babcock and Wilcox, która od 50 lat buduje reaktory atomowe dla Amerykańskiej Marynarki Wojennej, zaprojektowała reaktor mPower, który będzie można wyprodukować w fabryce, zamiast budować go na miejscu konstrukcji elektrowni. Dzięki temu czas budowy elektrowni ulegnie skróceniu o połowę, co pociągnie za sobą też mniejsze koszty. Reaktor typowej elektrowni atomowej ma moc większą niż 1000 megawatów. Konstrukcja potężnych reaktorów jest bardziej opłacalna, gdyż dzięki temu w elektrowni można zastosować ich mniej, a więc można zbudować mniej wszelkich systemów koniecznych reaktorowi do pracy. Z drugiej jednak strony budowa potężnych reaktorów obarczona jest większym ryzykiem, że inwestycja się nie zwróci. Zbudowanie elektrowni atomowej wymaga nakładów rzędu co najmniej 9 miliardów dolarów, a czas jej budowy to co najmniej 5 lat. Nic więc dziwnego, że obecnie nie buduje się zbyt wielu elektrowni tego typu. Nowy reaktor firmy Babcock i Wilcox jest mniejszy, zapewnia bowiem 150 MW mocy. Jednak kilka takich reaktorów można łączyć, zwiększając moc elektrowni. Ponadto w urządzeniu zintegrowano dwa, zwykle oddzielne, systemy: sam reaktor oraz instalację do wytwarzania pary. Całość jest na tyle mała, że zmieści się na platformie kolejowej, a więc reaktor będzie mógł powstać w znacznej odległości od miejsca, w którym zostanie zamontowany. Profesor Andrew Kadak z MIT uważa, że prace przy budowie reaktora, które na miejscu budowy elektrowni zajmują 8 godzin, w fabryce zostaną wykonane w ciągu godziny. Oszczędność czasu jest więc olbrzymia. Christofer Mowry, prezes firmy Babcock and Wilcox mówi, że dzięki nowemu reaktorowi elektrownia atomowa może powstać w ciągu trzech lat, a więc zaoszczędzi się co najmniej 2 lata. Zaoszczędzimy nie tylko na kosztach budowy, ale dodatkowo konstrukcja zacznie szybciej na siebie pracować, co zmniejszy ryzyko jej finansowania. To jednak nie koniec zalet nowej konstrukcji. Każdy z reaktorów będzie pracował w pomieszczeniu na tyle dużym, że będzie można składować w nim odpady generowane przez reaktor w ciągu 60 lat pracy. Jest to o tyle istotne, że elektrownie nie będą musiały budować osobnych pomieszczeń, w których odpady oczekują na transport do docelowego miejsca ich składowania. Ponadto konstrukcja nowych reaktorów zakłada wymianę paliwa co pięć lat, a nie, jak to się dzieje obecnie, co dwa lata. To z kolei wydłuża żywotność elektrowni i pozwala zaoszczędzić na kosztach obsługi. Profesor Kadak zauważa, że nowy reaktor będzie interesującą propozycją dla ubogich krajów, które będzie stać na elektrownię atomową. Nie wiadomo jednak, czy oszczędności skłonią operatorów wielkich elektrowni w USA do nowego pomysłu. Firma Babcock and Wilcox chce w 2011 roku wystąpić o przyznanie jej reaktorowi niezbędnych certyfikatów dopuszczających go do użytku. Pierwsza elektrownia wykorzystująca te urządzenia mogłaby rozpocząć pracę do 2018 roku. To jednak mogą być zbyt ambitne założenia.

Ptaki z okolic Czernobyla wybierają do gniazdowania miejsca o niższym poziomie napromieniowania. Nie wiadomo, jak wykrywają, gdzie jest bezpieczniej. Anders Møller z Uniwersytetu Piotra i Marii Curie w Paryżu oraz Tim Mousseau z Uniwersytetu Południowej Karoliny w Columbii zawiesili w tzw. czerwonym lesie ponad 200 budek lęgowych. Czerwony las znajduje się na zachód od reaktora. Tuż po katastrofie w 1986 roku opadło na niego bardzo dużo radioaktywnych pyłów. Sosny od razu zginęły, a ponieważ ich barwa zmieniła się na rdzawoczerwoną, las nazwano czerwonym. Pomiędzy 2002 a 2003 rokiem naukowcy badali związane z gniazdowaniem zwyczaje dwóch gatunków: sikory bogatki (Parus major) i muchołówki żałobnej (Ficedula hypoleuca). Chcieli zobaczyć, czy ptaki będą w stanie odróżnić od siebie lokalizacje z wysokim i niskim natężeniem promieniowania. Natężenie to nie jest jednolite, ponieważ radioaktywne pyły nie pokryły równomiernie całej okolicy. Może się więc zdarzyć, że znajdujące się tuż obok siebie budki (z jednakowym dostępem do pożywienia) są diametralnie różne, jeśli chodzi o poziom promieniowania. W niektórych gniazdach było ono 2 tysiące razy wyższe niż w naturalnych warunkach gdziekolwiek indziej na Ziemi. Okazało się, że oba gatunki ptaków wybierały gniazda z mniejszym natężeniem promieniowania w tle, a muchołówki zdawały się wrażliwsze na ten parametr od sikor. Wcześniejsze badania zespołu Mousseau wykazały, że promieniowanie o większym natężeniu skutkuje obniżeniem poziomu antyutleniaczy oraz deformacjami spermy u jaskółek dymówek z okolic Czernobyla (Trends in Ecology and Evolution, 2006). Nic dziwnego, że zwierzęta starają się znaleźć bezpieczniejsze miejsca do gniazdowania i wysiadywania jaj. Mousseau podkreśla, że nie do końca wiadomo, jak ptaki rozpoznają najbardziej skażone budki, a sprawdzenie tego będzie bardzo trudne bez odpowiednich manipulacji eksperymentalnych. Rzecznik Królewskiego Stowarzyszenia Ochrony Ptaków wskazuje, że eksplozja reaktora nieoczekiwanie przysłużyła się zwierzętom. Powstała bowiem enklawa wolna od działalności człowieka, co zaowocowało sporym zwiększeniem liczebności populacji różnych gatunków, m.in. orłów, wilków i niedźwiedzi. Mousseau tłumaczy, że imigracja zwierząt maskuje efekt zanikania lokalnych populacji. Stałe rozmiary populacji to efekt uzupełniania szeregów przez napływające spoza obszaru Czernobyla ptaki (Proceedings of the Royal Society).

Amerykańska armia zużyła w ubiegłym roku ponad 25 miliardów litrów paliw.Ich transport i przechowywanie, szczególnie podczas wojny, są bardzokosztowne, niebezpieczne i trudne. Dlatego też Departament Obrony szukatańszych, bezpieczniejszych i łatwiejszych w użyciu technologii, którezapewnią czołgom czy samolotom paliwo. Dwie firmy, Diversified Energy i Velocys, pracują nad przenośnym systemem, który zamienia węgiel, gaz i biomasę w paliwo dla silników pojazdów naziemnych oraz samolotów. W ten sposób bazy wojskowe mogłyby samodzielnie produkować paliwo z odpadków, które i tak w nich powstają. Dotychczas opracowany system składa się z dwóch części: gazyfikatora i reaktora. W gazyfikatorze, autorstwa Diversified Energy, każdy materiał, w skład którego wchodzi węgiel, jest przetwarzany na gaz syntetyczny (syngaz), składający się z tlenku węgla i wodoru. Następnie reaktor, produkcji Velocys, tworzy z syngazu płynne paliwo węglowodorowe. By uświadomić sobie, jak wiele problemów rozwiązuje ta technologia, wystarczy wiedzieć, że transport paliwa odpowiada za 70% ruchu konwojów wojskowych na drogach Iraku i Afganistanu. Do tego należy doliczyć konwoje, w których wywożone są odpadki z baz. Opisany wyżej system musi być jeszcze udoskonalony. Specjaliści zwracają uwagę, że urządzenia muszą być różnej wielkości, w zależności od liczby pojazdów w bazie. Powinny produkować od 10 000 do 100 000 litrów paliwa dziennie i ważyć od 150 do 1500 ton. Ponadto muszą być w stanie wytworzyć płynne paliwo z bardzo wielu różnych materiałów. Jeff Hassannia z Diversified Energy zapewnia, że opracowywana technologia spełni te założenia. Zwraca on uwagę, że o ile w typowych urządzeniach do zgazowywania gorące powietrze lub para jest mieszane z biomasą, o tyle pomysł Diversified Energy polega na wprowadzeniu węgla lub biomasy do kąpieli składającej się z roztopionego żelaza i cynku oraz dodaniu pary. W temperaturze 1300 stopni błyskawicznie produkowany jest tlenek węgla i wodór. Wykorzystanie roztopionych metali powoduje, że cała instalacja jest niewielka, a uzyskane gazy czyste, dzięki czemu nie muszą być poddawane oczyszczaniu. Również reaktor Velocysa ma niewielkie rozmiary. Składa się on z wielu kanałów o przekroju 0,01 do 0,2 cala każdy. Syngaz wędruje niektórymi z nich i wchodzi w reakcję z katalizatorem bazującym na kobalcie. Wówczas w gazie tworzą się długie łańcuchy węglowodorów. Następnie zmieniony gaz kierowany jest do kolejnych kanałów, w których ulega schłodzeniu i skropleniu. Reakcja przebiega około 10-krotnie szybciej, niż w tradycyjnych urządzeniach tego typu. Ponadto prototypowy reaktor Velocysa ma około metra długości i pół metra szerokości. Standardowe reaktory mają około 2,5 metra szerokości i 10 metrów długości.