Kasvava lupaus ja vaara skalpeerauksesta

Laserrikastusteknologiaa, kuten laserin kaivoksen (SILEX) ja atomin laserin (AVLIS) erotusta Isotooppien erottamiseen, on pitkään pidetty mahdollisena uraaninrikastusteollisuuden pelinvaihtajana. Käyttämällä tarkasti viritettyjä lasereita uraani-235:n ja uraani-238-uraanin erottamiseen valikoivasti, nämä menetelmät lupaavat suurempaa tehokkuutta, energiankulutuksen laskua ja pienempää fyysistä jalanjälkeä verrattuna tavanomaisiin kaasusentrifugi- tai kaasudiffuusiotekniikoihin. Vuosikymmenien tutkimuksesta ja merkittävistä investoinneista huolimatta yksikään laserinrikastuslaitos ei ole saavuttanut kaupallista toimintaa ja niiden voittamiseksi toteutettavia strategioita.

Tekninen ahmiminen laserjärjestelmissä

Lasertarkkuus ja vakaus teollisissa vaaoissa

Kaikkien laserrikastusprosessien ytimessä on kyky tuottaa laservaloa erittäin kapealle kaistanleveydelle.Tyypillisesti alle [0,001 cm−1[. ..........................................................................................................................................................................................................

Materiaalin käsittely ja Isotooppien erotustehokkuus

AVAIS-järjestelmässä uraania höyrystetään korkean kammion kammiossa elektronisuihkulla, ja höyry vaikuttaa lasersäteiden kanssa. Kaupallinen läpivienti vaatii höyrystymisnopeuksia kiloa tunnissa, mikä edellyttää elektronisuihkutykkien valtavaa voimatiheyttä. Sulatusuunin iskuja upokkaisiin materiaaleihin ja höyry voi laukaista optisiin ikkunoihin, heikentää laserinsiirtoa. Molekyyliprosesseihin kuten SILEXiin, uraaniheksafluoridiin (UF6) kaasua virtaa korkealla velokyyleillä ja alhaisissa lämpötiloissa, jotta se olisi mahdollisimman selektiivinen. UF6 on kuitenkin erittäin syövyttävä, myrkyllinen ja kemiallisesti reaktiivinen, joka edellyttää nikkelipohjaisten seosten tai erikoistuneiden pinnoitteiden käyttöä kaikille vetisille pinnoille.

Virran ja lämmön hallinta

Teollisuuslaserrikastaminen vaatii valtava sähköteho, sekä laserit ja apujärjestelmät. Jätelämpö on poistettava tehokkaasti ylläpitää prosessin vakautta. Perinteiset jäähdytysvesijärjestelmät voivat olla riittämättömiä; kehittyneitä järjestelmiä käyttäen nestemäisiä metalli jäähdytysnesteitä tai kryogeenisiä lämmönvaihtimia ovat harkintavaiheessa. Energiatiheys laserontelossa voi vahingoittaa komponentteja ajan mittaan, ajamalla tarpeettomia lasermoduuleja ja ennakoiva huolto aikataulut. Nämä lämpöhaasteet eivät ole pelkästään teknisiä.Nämä vaikuttavat suoraan prosessin taloudelliseen tilanteeseen, kuten seuraavassa jaksossa on mainittu.

Taloudellinen elinkelpoisuus ja markkinoiden kilpailu

Pääoma- ja toimintakustannukset

Kaupallisen laserrikastuslaitoksen alkuinvestoinnit ovat valtavat. Laitos, jonka kapasiteetti on useita miljoonia SWU (Separatiivit Työyksiköt) vuodessa, vaatisi satoja lasermoduuleja, monimutkaisia optisia junia, tyhjiöjärjestelmiä ja kemiallisten käsittelyinfrastruktuurien. Arviot 2010-luvulta viittaavat noin 5...10 miljardin dollarin pääomakustannuksiin, jotka ovat verrattavissa suureen sentrifugikaskadiin. Käyttökustannukset ovat myös korkeat: laserdiodien käyttöikä, optiikan säännöllinen korvaaminen ja sähkön kulutus voivat olla hallitsevassa asemassa. Jotta laserrikastus voisi olla kilpailukykyistä, sen on saavutettava kustannukset yhtä lasermoduulin tuotantoa ja läpimurtoja kohti huomattavasti vähemmän kuin 100....150 dollarin sentrifugilaitosten valikoima.

Rahoitus- ja politiikkariskit

Investoijat ovat varuillaan teknologian historiasta.Global Laser Enrichment (GLE) -hanke Wilmingtonissa, Pohjois-Carolinassa on kehittynyttä kaupallista laserrikastustoimintaa, joka on kohdannut toistuvia viivästyksiä ja kustannusten ylityksiä, ja sitä ei ole saatu päätökseen.Lupa- ja rakennusajan pitkät ja epävarmat uraanin markkinahinnat tekevät rahoitustilanteesta epävarman. Valtion lainatakaukset tai kustannustenjako-ohjelmat voivat olla tarpeen varhaisen käyttöönoton riskin poistamiseksi. Lisäksi sääntely-epävarmuus siitä, miten laserrikastaminen käsitellään ydinsulkusopimusten nojalla (ks. jäljempänä) voi estää yksityisen pääoman.

Sääntely- ja ydinsulkupuitteet

Kaksikäyttötuotteet Luonto ja kansainväliset suojatoimet

Koska tällainen teknologia voidaan teoriassa minimoida ja kätkeä, se luokitellaan herkäksi kaksikäyttötuotteeksi Nuclear Suppliers Groupin (NSG) ohjeiden mukaisesti. Laserin rikastuspotentiaalin mahdollisuudet tuottaa aseita ovat tiukat. Laserjärjestelmien, optisten komponenttien ja rikastuskohtaisten mallien vientivalvonta on tiukkaa. Kaikki kaupalliset laitokset on asetettava Kansainvälisen atomienergiajärjestön (IAEA) suojaan, mukaan lukien jatkuva seuranta, ympäristönäytteenotto ja ennalta ilmoittamattomat tarkastukset. [IAEAn suojatoimet[]]] on kehitteillä uusien rikastustekniikoiden käsittelemiseksi, mutta laserprosessien todentamistekniikat (esim., mittaamalla uraanin isotooppien ultratrace-määriä jätevesissä) voivat olla saumattomia.

Kansallinen turvallisuusluokitus

Yhdysvalloissa ja muissa maissa laserrikastamisen kriittiset suunnittelutiedot on luokiteltu. Tämä rajoittaa tieteellisen tiedon ja yhteistyön kulkua, hidastaa innovointia. Yritysten on työskenneltävä tiukkojen turvallisuuskäytäntöjen mukaisesti ja avoimen kirjallisuuden tutkimuksen julkaiseminen on vähäistä. Teknologian kehittämisen tarve kansallisen turvallisuuden kannalta huolestuttavien kysymysten kanssa on jatkuva jännitys. Ydinsulkua koskevien parhaiden käytäntöjen kansainvälinen yhteistyö. Esimerkiksi [ Science and International Security -instituutin kautta pyrkii luomaan avoimia ohjeita paljastamatta arkaluonteisia yksityiskohtia.

Ympäristö- ja yhteisönäkökohdat

Elinkaarivaikutukset

Kannattajat väittävät, että laserrikastaminen tarjoaa ympäristöetuja: pienempi energiankulutus SWU:ta kohti (mahdollisesti 4... 5 kertoimella sentrifugeihin verrattuna), pienempi määrä köyhdytettyä uraania hännän ja joidenkin vaarallisten kemikaalien poistaminen konversioprosesseissa. Kuitenkin, koko elinkaaren arviointi on otettava huomioon kaivos- ja puhdistus harvinaisten maametallien käytetään suurteholasereissa, loppusijoitus käytettyjen laserdiodien, ja huolto radioaktiivisen jätteen. Laserin rikastus ei poista tarvetta pysyvää geologista loppusijoitusta käytetyn polttoaineen tai köyhdytettyä uraania hännän; se vain siirtää jäteprofiilia. Jatkuva seuranta ilmakehään ja vesiin päästöt ovat suurelta osin välttämättömiä, erityisesti jos UF6 on mukana. Yhdysvaltain energiaministeriö on rahoittanut [[...]] ympäristövaikutustutkimuksia, jotka vain vaihtavat rikastusteknologioita, mutta tiedot laserprosesseja varten ovat suurelta osin teoreettinen.

Julkinen hyväksyntä ja eettiset ulottuvuudet

Ydinvoimalaitoksen kannalta yhteisön luottamus on olennaisen tärkeää. Laserrikastaminen yhdessä aseiden leviämisen kanssa heikentää yleistä luottamusta. Yhteisöt voivat pelätä onnettomuuksia tai pahansuopaa käyttöä. Avoin viestintä turvajärjestelmistä. Avoin viestintä turvallisuusjärjestelmistä on tärkeää.Eettiset kysymykset ovat myös tärkeitä. Jos laserrikastaminen tekee pienimuotoisesta rikastuksesta helpommin saavutettavissa, se voi auttaa rakentamaan yhteiskunnallista lupaa. Kokemusta peruutetusta GLE-hankkeesta Pohjois-Carolinassa korostuu, kun paikallisväestöä on yritetty saada mukaan julkiseen kuulemiseen, neuvottelulautakuntiin ja hyötyjenjakosopimuksiin (esim. työpaikkojen luominen, infrastruktuuri-investoinnit).

Päätelmä: Pitkä tie edessä

Laserrikastaminen laboratoriodemonstraatioista kaupalliseen todellisuuteen edellyttää moniulotteisen palapelin ratkaisemista. Laservakautta, materiaalikäsittelyä ja lämmönhallintaa koskevia teknisiä esteitä käsitellään kehittyneen tekniikan ja materiaalitieteen avulla, mutta teollisuuden toiminnan edellyttämä luotettavuus on edelleen vaikeasti saavutettavissa. Taloudellinen elinkelpoisuus edellyttää dramaattisia kustannussäästöjä ja suotuisaa markkinaympäristöä, jota ei tällä hetkellä ole. Kansainvälisen yhteisön on samalla vahvistettava ydinaseiden leviämisen estämistä koskevia suojatoimia tukahduttamatta innovaatioita. Ympäristö- ja sosiaaliset näkökohdat eivät voi olla jälkikäteisajattelua.Kestävällä investoinneilla, kansainvälisellä yhteistyöllä ja käytännön sääntelyllä voidaan vielä löytää paikkansa ydinpolttoainekierron alalla, mutta se vie vuosikymmeniä kurinalaista työtä, jotta se ylittää lupauksen ja käytännön välillä.