Само слово "ядерный" может стать своего рода спусковым крючком для некоторых людей, что вполне понятно в Японии, где атомная бомба и катастрофа на Фукусиме являются одними из ключевых моментов в ее современной истории. Тем не менее, учитывая относительную нехватку подходящих площадей в Японии для использования возобновляемых источников энергии, таких как солнечная или ветровая, ядерная энергетика считается важнейшей частью усилий по декарбонизации энергетического сектора. Из-за этого исследователи усердно работают, пытаясь повысить безопасность, эффективность и другие вопросы, связанные с ядерной энергетикой. Доцент Нобуаки Имаи из Центра ядерных исследований Токийского университета и его коллеги считают, что они могут внести свой вклад в улучшение ключевого аспекта ядерной энергетики - переработки отходов.

"Вообще говоря, ядерная энергетика работает за счет кипячения воды с использованием самоподдерживающихся реакций ядерного распада. Нестабильные элементы распадаются, выделяя тепло, которое кипятит воду, приводя в действие турбины. Но этот процесс в конечном итоге оставляет после себя непригодные для использования отходы, которые все еще радиоактивны", - сказал Имаи. "Эти отходы могут оставаться радиоактивными в течение сотен тысяч лет, поэтому их обычно хоронят глубоко под землей. Но растет желание исследовать другой способ, с помощью которого нестабильные радиоактивные отходы можно сделать более стабильными, избегая их радиоактивного распада и делая обращение с ними намного безопаснее. Это называется трансмутацией."

Трансмутация подобна противоположности ядерного распада; вместо того, чтобы элемент распадался на части и выделял излучение, к нестабильному элементу можно добавить нейтрон, превращая его в немного более тяжелую версию самого себя. В зависимости от исходного вещества, эта новая форма может быть достаточно стабильной, чтобы считаться безопасной. Проблема в том, что, хотя этот процесс был широко известен в течение некоторого времени, его невозможно было достаточно точно оценить количественно, чтобы перенести идею на следующий этап и в идеале создать прототип установки для обращения с отходами нового поколения.

"Идея на самом деле пришла из удивительного источника: сталкивающихся звезд, в частности нейтронных звезд", - сказал Имаи. "После недавних наблюдений гравитационных волн, исходящих от слияний нейтронных звезд, исследователи смогли лучше понять способы взаимодействия нейтронов и их способность модифицировать другие элементы. Основываясь на этом, мы использовали ряд инструментов, чтобы сузить наше внимание на том, как элемент селен, распространенный продукт ядерных отходов, ведет себя при бомбардировке нейтронами. Наша методика позволяет нам предсказать, как материалы поглощают нейтроны и подвергаются трансмутации. Эти знания могут способствовать разработке проектов установок по переработке ядерных отходов".

Исследователям трудно проводить такого рода наблюдения; на самом деле, они не в состоянии непосредственно наблюдать акты трансмутации. Скорее, команда может наблюдать, какая часть образца не подвергается трансмутации, и, снимая показания, чтобы узнать, что трансмутация действительно имела место, они могут оценить, хотя и очень точно, какая часть образца действительно подверглась трансмутации.

"Мы уверены, что наши измерения точно отражают реальную скорость превращения нестабильного селена в более стабильную форму", - сказал Имаи. "Сейчас мы планируем измерить это для других продуктов переработки ядерных отходов. Надеюсь, эти знания будут сочетаться с другими областями, необходимыми для создания установок по переработке ядерных отходов, и мы, возможно, увидим их в ближайшие десятилетия. Хотя наши цели заключаются в повышении ядерной безопасности, я нахожу интересным, что существует двунаправленная взаимосвязь между этими исследованиями и астрофизикой. Нас вдохновили сталкивающиеся нейтронные звезды, и наше исследование может повлиять на то, как астрофизики ищут признаки ядерного синтеза, образования элементов в звездах, чтобы лучше понять, как были созданы элементы тяжелее железа, в том числе те, которые необходимы для жизни".