Umbes 30 aastat tagasi üritasid tosin riiki, sealhulgas USA, Suurbritannia, LAV ja Jaapan, luua lasereid kasutavat tehnoloogiat uraani isotoopide eraldamiseks. Kõik toonased katsed ebaõnnestusid hoolimata miljardite dollarite suurustest investeeringutest ning suurtest inimressurssidest. Nüüd on aga Austraalia teadlased General Electric’u abiga valmis 2012. aasta alguseks ehitama esimest selletaolist kommerts-rikastamistehast, niipea kui Rahvusliku tuumaenergia komisjon selleks loa annab. Uus tehnoloogia on hakanud aga tekitama küsimusi, millest tähtsamad puudutavad kogu maailma julgeolekut.
Tuumaelektrijaamad kasutavad töötamiseks segu, mis koosneb kahest uraani isotoobist. Umbes 5·% peab moodustama uraan-235, mil ülejäänud võib-olla uraan-238. Looduslikus uraanimaagis leidub U-235 vaid 0,7·%, mistõttu tuleb kasutada erinevaid rikastamise tehnoloogiaid. Seni on laialdaselt kasutusel vaid kaks meetodit – difusioon -ning tsentrifuugmeetod. Esimese käigus surutakse uraan läbi filtrite ning kuna U-235 on kergem, siis läbib see võresid tunduvalt kergemini. Tsentrifuugmeetodiga keerutatakse raskemad ja kergemad aatomid lahku sama põhimõttega nagu pesukuivatis vesi ja riided.
UF6 gaastsentrifuug. Foto: European Nuclear Society
Mõlemad meetodid on aga äärmiselt robustsed, protsessi tuleb tuhandeid kordi korrata, mis kulutab tohutult energiat. Tsentrifuugmeetodi jaoks on samamoodi vaja tuhandeid tsentrifuuge. SILEX (Separation of Isotopes by Laser Excitation, J.J.O.) kasutab aga isotoopide eraldamiseks lasereid, mis kiirgavad valgust, mis “näeb” ainult U-235 isotoope. Laser annab aatomitele elektrilaengu, mille abil on võimalik laetud aatomid elektromagnetvälja lukustada, kus need pärast on võimalik kokku koguda. Siiski on antud tehnoloogia väljaarendamine äärmiselt keerukas, millega 25-st teadlasest ja insenerist koosnev rühm ka 2006. aastal hakkama sai.
Uus tehnoloogia baseerub uraanheksafluoriidi (UF6) molekulide, mis sisaldavad vajalikku U-235 isotoopi, valikulisel ergastamisel kitsal spektrijoonel 16 µm läheduses. Harilikud CO2 laserid saavad tekitada 1 J suuruseid impulsse, ent jaühikus vaid piiratud hulgal ning ainult murdosa impulsist asub pumba sagedusel. Seega on vaja optilisi “trikke,” et CO2 pumba valgust õigel sagedusel Raman’i elementi pumbata. Protsessi kogu efektiivsus on 0,25·%, kuna laserid töötavad 1·% efektiivsusega ning Raman’i konversioon on 25·% efektiivne. Detailid on julgeoleku kaalutlustel siiski äärmiselt hägused ning seetõttu on raske täpseid suhtarve välja tuua.
Uraanirikastamistehnoloogiate võrdlus
Siiski kirjutas Lyman, et kui laser valgustaks ühe liitri suurust anumat, võtaks ühe kilogrammi U-235 tootmine U-235 ja U-238 isotoopide segust aega umbes sada tundi. Enamik protsesse nõuavad aga mitmeid eraldamisstaadiume. Lyman’i kommentaaride kohaselt oleks kogu UF6 ja täpsustamata gaasisegu töötlemiseks vaja 5000 Hz piirkonnas töötavat laserit.
Majanduslik kasu uuest tehnoloogiast oleks aga meeletu, kuna umbes 30·% tuumaenergia hinnast moodustab just nimelt uraani isotoopide eraldamine. GE-Silexi kavandatav isotoopide-eraldamiskeskus säästaks aastas 3-4 miljardit dollarit, millega kaasneks seeläbi ka tuumaenergia laialdasem kasutuselevõtt. Samuti oleks võimalik parandatud rikastamismeetodiga kord juba tsentrifuugidest läbi käinud uraanisegu taas kasutusele võtta, kuna sisaldab 0,3·% soovitud U-235 isotoopi. Austraalia teadlaste meetodi voorused võivad osutuda aga ootamatult uue protsessi puudusteks.
Ajakirjas Nature 2. aprillil avaldatud artiklis soovitavad kaks akadeemikut Francis Slakey ja Linda R. Cohen uue tehnoloogia kasutuselevõttu veel tõsiselt kaaluda. Oma pöördumises Rahvusliku tuumaenergia komisjoni (NRC) poole paluvad nad organisatsioonil Hitatchi-General Electric’ule esimese kommerts-laserrikastamise tehase ehitamisele loa andmisega veel viivitada. Praegusel hetkel kasutatavaid rikastamistehaseid on äärmiselt kerge oma suuruse tõttu satelliitide abil avastada, abiks on ka nende suur energia vajadus. Nimelt harilikult varustavad rikastamistehaseid energiaga omaette elektrijaamad.
SILEX-i tööpõhimõte lihtsustatud kujul
“Kui keegi üritab rikastamistehast ehitada, siis peavad nad tohutul hulgal pinnast liigutama, mida me oma satelliitidega näeme. Samuti kulutavad nad palju energiat, seega näeme me kas elektriliine või vastava elektrijaama ehitamist,” kirjutab ta artiklis. Kuigi tehnoloogiat kasutataks peamiselt ikkagi energiatootmise ettevalmistamiseks, saab seda samuti kasutada tuumarelvade toormaterjali loomiseks.
Väiksem energia vajadus ning kompleksi suurus teeb selliste salajaste operatsioonide läbiviimise tunduvalt lihtsamaks ning vähendab võimalust, et säärased projektid üleüldse avastatakse. “Mõlemad, nii mina kui ka minu kaasautor, oleme tuumaenergia pooldajad, ent me arvame, et tuumaenergia laialdasema leviku huvides oleks kõige parem, kui selle levikuga seonduvaid riske kaaluda,” ütles Slakey.
NRC eesistuja Greg Jazcko ütles, et tema agentuuril on rahvuslikku julgeolekut kandev vastutus. “See on väga uus tehnoloogia, mis pole mitte põrmugi rikastamistehaste sarnane, mille ehitamiseks me minevikus oleme lubasid andnud” ütles Jazcko. Samuti väitis ta agentuuri nimel, et loa andmine sõltub sellest, kui adekvaatsed on ettevõtte turvameetmed tehnoloogia lekkimise vältimiseks. Küsimus, kas sellist tehnoloogiat üleüldse arendama hakata, on jäänud tahaplaanile.
On selge, et antud tehnoloogia on liiga ahvatlev, et sellest lihtsalt niisama loobuda. Lisaks on kindel, et tehnoloogiani jõuaksid ka teised riigid, hoolimata sellest, mis USA plaanib teha. Näiteks president Jimmy Carter keelas 1970. aastatel uraani uuesti kasutuselevõtu protsessi väljatöötamise, ent praegusel hetkel tehakse seda aga Prantsusmaal, Suurbritannias, Venemaal ja Jaapanis. Samuti ei ole põhjust, miks peaks Iraan laserrikastamise tehnoloogia väljatöötamisest lähitulevikus loobuma. Siiski kardavad Cohen ja Slackey, et kui tehnoloogiat seaduslikult arendama hakatakse, hakkab see kiiremini ka vähem soovitud ringkondades levima.
Tehnoloogia kiire levik on juba tuumarelvade ehitamise põhiteadmiste osas juba kord juhtunud, (AQ Khan – Pakistanis 1970. aastatel.) Küsimus ei ole pigem niivõrd selles, kas tehnoloogia võimaldab uraani rikastada kiiremini ja nii, et rikastamistehast on kergem peita, vaid selles, kui kiiresti protsess lõpuni arendatakse. General Electric’i takistamine ei muuda üldises joones uraani ja plutooniumi kättesaadavust. Juba praegu eksisteerivad ka teised tehnoloogiad, mis võimaldavad tuumamaterjali kergemini eraldada. Näideteks võib tuua rikastamiseks nanotehnoloogia ja laserite kasutuselevõtu kui ka lihtsalt suurema neutronite sisaldusega ainete kasutamine.
Vennad Strugatskid kirjutasid 30 aastat tagasi, et kui ükskõik milline tehnoloogia on teoreetiliselt võimalik, siis see kunagi ka avastatakse. Laseritepõhine isotoopide eraldamise tehnoloogia kujutab endas kindlasti tuumaenergeetika evolutsioonis vältimatut epohhi, ent võib paariariikide jaoks omada revolutsioonilist tähtsust. Kõik sõltub sellest vaid sellest, milleks inimesed uut tehnoloogiat otsustavad kasutada. General Electric teeb otsuse, kas hakata uut rikastamistehast ehitama, 2011. aasta lõpus.
Allikad:
Nature: “Stop laser uranium enrichment.”
Global Security Newswire: “Experts call for additional scrutity over proposed enrichment system.”
World Nuclear News: “Initial success from SILEX test loop.”
SILEX: SILEX annual reports