Nuclear fuel considerarions for the 21ST centry

اثرات خارجی زیادی وجود دارند که مسیر گسترش انرژی هسته ای را کنترل می کنند. در 50 سال آینده چندین موضوع آشکار خواهد شد. بیم اثرات گازهای گلخانه ای ممکن است باعث وضع جریمه یا مالیاتی هائی برای تولید کربن گردد که این موضوع باعث می شود تا انرژی هسته ای از لحاظ اقتصادی سریعا برتری یابد. این موضوع در واقع باعث افزایش نرخ کاهش ذخیره اورانیوم به علت افزایش نرخ گسترش استفاده از انرژی هسته ای می شود. با این وجود گسترش در استخراج اورانیوم از دریا یا توسعه راکتورهای زاینده سریع به طور خیلی زیاد باعث گسترش ذخایر اورانیوم و استفاده بهینه از چرخه سوخت توریوم می شود. از طرف دیگر گسترش تکنولوژی جداسازی کربن باعث حفظ سوخت های فسیلی به عنوان سوخت غالب برای نسل های آینده قرن اخیر می شود. انرژی هسته ای ماننمد امروز می تواند در یک بخش کوچکتر ادامه پیدا کرده یا کاهش یابد. توان ناشی از همجوشی هسته ای یا پیشرفت های جدید در انرژی خورشیدی می تواند به طور کامل جایگزین انرژی هسته ای مطابق با چیزی که امروزه ما می دانیم، بشود. پیش بینی این موضوع وقتی مشکل تر می شود که نیاز برای سوخت های متحرک در جهت حمل ونقل گسترش خواهد یافت. مانند آنچه سلول های سوختی هیدروژنی و هیدروژنی غنی شده به طور معمول مورد استفاده قرار خواهند گرفت. وقتی این امر اتفاق بیفتد، توان هسته ای انتخاب اول منبع انرژی برای تولید این نوع سوخت از آب یا متان خواهد بود. در یک حالت مشابه نیاز به آبهای آشامیدنی و کشاورزی ممکن است یکی دیگر ازمحرک ها برای افزایش گسترش توان هسته ای باشد (آب شیرین کن های هسته ای). با در نظر گرفتن تمام اتفاقای که می تواند رخ دهد، به نظر می رسد پیش بینی قاطع مسیری که پیشرفت توان هسته ای خواهد پیمودن کاری غیر ممکن است . با این وجود تعریف یک استراتژی که به اندازه کافی قابل انعطاف بوده و اطمینان دهد که موقع نیاز امکان بهره برداری از این تکنولوژی وجود دارد، مورد نیاز است. برای چند دهه آینده یک بهبود تکاملی در کارایی سوخت راکتورهای آب سبک (اکسید اورانیوم و یا ترکیبی از اکسید اورانیوم و اکسید پلوتونیوم (MOX) وجود خواهد داشت. این پیشرفت ها بازار را به سمت حفظ قیمت سوخت و در نتیجه رقابتی شدن انرژی الکتریکی تولیدی به وسیله نیروگاه های هسته ای سوق خواهد داد. توسعه سوخت برای شتاب دهنده ها و راکتورهای مبدل با سوخت های ماتریسی ثابت هنوز در آغاز راه می باشد. در این زمینه تحقیقات زیادی در کشورهای مختلف شروع شده است. در اروپا کار بر روی این سوختها معطوف به مشکل بهره برداری آنها از MOX می باشد. (به طور مثال کاهش ذخیره پلوتونیوم جدا شده، Actinide های کوچکتر و محصولات شکافت با طول عمر بالا (LLFP)). در کشور آمریکا پروسه استفاده مجدد وجود نداشته و بنابراین ذخیره پلوتونیوم برای مقاصد غیر نظامی وجود ندارد. با این وجود در ایالات متحده مخالفتهایی با ذخیره دائم پسماندهای سوخت وجود دارد و این موضوع امکان استفاده از شتاب دهنده های مبدل را فراهم می آورد. اگر انرژی هسته ای دارای یک آینده طولانی مدت باشد، احداث و استفاده از راکتورهای سریع یک امر اجتناب ناپذیر خواهد بود. در واقع وظیفه راکتورهای سریع حذف پلوتونیوم جدا شده و تولید انرژی مفید از آن خواهد بود. تحقیقاتی که در حال حاضر برای بهبود سوخت در مجتمع های سوخت دارای Actinideها و LLFP در حال انجام می باشد برای راکتورهای مبدل سریع مفید خواهد بود. هنوز تحقیقات زیادی برای اینکه راکتورهای سریع به مرحله تکامل برسند مورد نیاز می باشد. خوشبختانه قسمتی از این تحقیقات در یک دوره پنجاه ساله قبل از اینکه راکتورهای زاینده سریع مورد نیاز باشد، انجام گرفته است. با در نظر گرفتن توسعه در سوخت راکتورهای سریع، در تحقیقات آینده مراحل زیر باید مد نظر قرار گرفته شوند: اولاً تمام اطلاعات بدست آمده در چهل سال گذشته بر روی گسترش راکتورهای سریع باید به طور کامل بصورت اسنادی آماده شود تا نسلهای آینده بتوانند مشتاقانه به تحصیل و بهره برداری از این اطلاعات بپردازند. گسترش راکتورهای سریع آنچنان مکث ناگهانی را در سحط جهان داشته است که مقدار زیادی از این اطلاعات به علت کاهش محققان و انکانات، در خطر نابودی قرار دارد. ثانیاً برای انواع سوختهای راکتورهای سریع و اجزا آنها (اکسیدها، کاربیدها، نیترات ها وسوختهای فلزی) تحقیقات رو به جلو دور از مرحله تکامل بودند. اگرچه احتمالا سوختهای اکسیدی مرکب دور از دسترس بوده اند، اما ایده هایی برای بهبود محافظ فلزی سوخت و روشهای ساخت پیشرفته که هرگز به طور کامل کشف نشده اند، وجود داشته اند. آخرین مرحله اینکه با یک چنین دوره زمانی گسترده ای قبل از مورد نیاز بودن راکتورهای سریع، زمان گسترده ای برای گسترش سوختهای مناسب جدید که در محدوده وسیعی از شرایط و خنک کننده های گوناگون قابل کاربرد می باشند وجود دارد.