Wyławianie promieniotwórczości z odpadów energetyki jądrowej

Oczyszczanie odpadów promieniotwórczych jest trudne i często niebezpieczne, zwłaszcza kiedy w grę wchodzi uran. Aby rozwiązać problem bezpiecznej utylizacji odpadów promieniotwórczych, potrzebna jest pogłębiona wiedza o uranie.

W ramach finansowanego ze środków UE projektu UNCLE, który zakończył się w 2014 r., prowadzono prace nad udoskonaleniem procesu oczyszczania oraz poznaniem, jak zachodzi chemiczne wiązanie uranu i jaki ma wpływu na reaktywność. W wyniku tych prac naukowcy z projektu UNCLE doszli do wniosku, że azotek uranu i oksokompleksy to zasadniczo to samo, a jedyna różnica to zastąpienie pojedynczego atomu azotu, który znajduje się w azotku, atomem tlenu w oksokompleksach. Naukowcy zauważyli, że symetria kompleksów i stopnia utlenienia jonów uranu czyni z nich idealny system, na bazie którego można budować modele ilościowe.

Problem jednak w tym, że przejście od podejścia jakościowego do ilościowego wymaga sporej grupy molekuł. W celu pokonania tej przeszkody naukowcy zidentyfikowali niezawodny sposób tworzenia azotkowych kompleksów uranu, który pozwala przygotować taką dużą grupę molekuł.

Na ryby z arszenikową przynętą

Za pomocą opracowanego w ramach projektu UNCLE modelu ilościowego oraz po przyjrzeniu się, jak tor i uran reagują z otaczającymi je pierwiastkami z układu okresowego, naukowcy odkryli, że do „wyłowienia” z odpadów promieniotwórczych najbardziej toksycznych pierwiastków można wykorzystać molekuły arszeniku. Wedle wyników, które wkrótce zostaną opublikowane w czasopiśmie »Nature Communications«, naukowcy mają przedstawić pierwsze przykłady toru z licznymi wiązaniami z arszenikiem, powstające w warunkach otoczenia, w multigramowej skali. Przed tymi badaniami, osiągnięcie takich rezultatów możliwe było tylko na bardzo małą skalę w temperaturach zbliżonych do tej panującej w przestrzeni międzygwiazdowej (tj. 3-10 kelwinów).

Oznacza to, że zamykanie elektrowni jądrowych może wkrótce stać się bezpieczniejsze i wydajniejsze, co daje nadzieję na czystszą energię. „Energetyka jądrowa zapewnia możliwość znacznego zredukowania wytwarzanej ilości dwutlenku węgla w porównaniu do paliw kopalnych, ale jej odpady promieniotwórcze długożyciowe wymagają odpowiedniej utylizacji” – stwierdza Elizabeth Wildman, jeden z naukowców. „Musimy zredukować ilość odpadów promieniotwórczych, aby lepiej sobie z nimi radzić oraz przetwarzać je w celu usunięcia pierwiastków nieszkodliwych lub oddzielenia odpadów wysokoaktywnych od niskoaktywnych”.

Potencjał atomów donorowych

Docelowo chodzi o to, by wykorzystać molekuły organiczne do selektywnej ekstrakcji jonów metali z „zupy” odpadów promieniotwórczych oraz wyłowienia co bardziej promieniotwórczych i toksycznych, pozostawiając resztę. „To wymaga poznania wiązania chemicznego oraz sposobu wiązania się ekstraktów organicznych z różnymi metalami” – zauważa koordynator projektu UNCLE, Stephen Liddle, który brał też udział w najnowszych badaniach. „Możemy wykorzystać tę wiedzę do ich oddzielenia i zmuszenia do selektywnego wiązania się z jednym rodzajem metali, aby usunąć go z zupy”.

Według Liddle''a istnieje wiele dowodów na to, że najlepszym sposobem, aby to osiągnąć, jest użycie molekuł zawierających miękkie wiązanie donor-metal. „Arszenik jest miękkim donorem i dlatego posłużył nam do opracowania modelowych kompleksów, aby poznać naturę tego wiązania” – wyjaśnia. „Przygotowaliśmy molekuły w multigramowych ilościach, które są stabilne w warunkach otoczenia, co ułatwia ich badanie”.

Nowa wiedza i dane, które naukowcy mają nadzieję uzyskać w wyniku najnowszych prac, mogą sprawić, że wyniki projektu UNCLE wkrótce znajdą zastosowanie w funkcjonującym systemie.

Więcej informacji:
strona projektu w serwisie CORDIS