Окончание цикла

Вещества, в которых подошёл к концу ядерный топливный цикл(в основном это отработавшиетопливные стержни), содержащие продукты деления, испускающие бета- и гамма-лучи). Они также могут содержатьактиноиды, испускающие альфа-частицы, к которым относятсяуран-234(²³⁴U),нептуний-237(²³⁷Np),плутоний-238(²³⁸Pu) иамериций-241(²⁴¹Am), а иногда даже источники нейтронов, такие каккалифорний-252(²⁵²Cf). Эти изотопы образуются в ядерных реакторах.

Важно различать обработку урана с целью получения топлива и переработку использованного урана. Использованное ядерное топливо содержит высокорадиоактивные продукты деления. Многие из них являются поглотителями нейтронов, получив, таким образом, название «нейтронных ядов». В конечном итоге их количество возрастает до такой степени, что, улавливая нейтроны, они останавливают цепную реакцию даже при полном удалении стержней-поглотителей нейтронов.

Достигшее этого состояния топливо необходимо заменить свежим, несмотря на по-прежнему достаточное количество урана-235 и плутония. В настоящее время в США использованное топливо отправляется на хранение. В других странах (в частности, в России, Великобритании, Франции и Японии), это топливо перерабатывается с целью удаления продуктов деления, затем после дообогащения возможно его повторное использование. В России такое топливо называется регенерированным. Процесс переработки включает работу с высокорадиоактивными веществами, а удалённые из топлива продукты деления — это концентрированная форма высокоактивных РАО, так же, как используемые в переработке химикаты.

Для замыкания ядерного топливного цикла предполагается использовать реакторы на быстрых нейтронах, который позволяет перерабатывать топливо, являющееся отходами работыреакторов на тепловых нейтронах.

К вопросу о распространении ядерного оружия

При работе с ураном и плутонием часто рассматривается возможность их использования для создания ядерного оружия. Активные ядерные реакторы и запасы ядерного оружия тщательно охраняются. Однако, высокоактивные РАО из ядерных реакторов могут содержать плутоний. Он идентичен плутонию, используемому в реакторах, и состоит из ²³⁹Pu, идеально подходящего для создания ядерных взрывных устройств и²⁴⁰Pu(нежелательный компонент и крайне радиоактивный). Эти два изотопа очень тяжело разделить. Более того, высокоактивные РАО из реакторов полны высокорадиоактивных продуктов деления. Впрочем, их большая часть — короткоживущиеизотопы. Это означает, что возможно захоронение отходов, и через много лет продукты деления распадутся, снизив радиоактивность отходов и облегчив работу с плутонием. Более того, нежелательный изотоп²⁴⁰Pu распадается быстрее, чем²³⁹Pu, таким образом, качество сырья для создания ядерного взрывного устройства со временем растет (несмотря на уменьшение количества). Это вызывает споры о том, что с течением времени хранилища отходов могут превратиться в своеобразные «плутониевые рудники», из которых относительно легко можно будет добыть сырье для создания ядерных взрывных устройств. Против этих предположений говорит тот факт, чтопериод полураспада²⁴⁰Pu составляет 6560 лет, а период полураспада²³⁹Pu — 24110 лет, таким образом, сравнительное обогащение одного изотопа относительно другого произойдет только через 9000 лет (это означает, что в течение этого времени доля²⁴⁰Pu в веществе, состоящем из нескольких изотопов, самостоятельно уменьшится вдвое, — типичное превращение реакторного топливного плутония в оружейный плутоний). Следовательно, «рудники оружейного плутония» если и станут проблемой, то только в очень отдаленном будущем.

Одно из решений этой проблемы — повторное использование переработанного плутония в качестве топлива, (например, в ядерных реакторах на быстрых нейтроннах). Однако само существование фабрик по регенерации ядерного топлива, необходимой для отделения плутония от других элементов, создает возможность для распространения ядерного оружия. В пирометаллургических быстрых реакторах получаемые отходы имеют актиноидную структуру, что не позволяет использовать их для создания ядерного оружия.