Молекулна модификация може да подобри преработката на ОЯГ

Преработката на отработено ядрено гориво (ОЯГ) може да стане по-безопасна и по-ефективна в бъдеще, след като изследователи от университета Northumbria в Нюкасъл, Обединеното кралство, откриха начин да модифицират структурата на молекулите така, че да се отстранят радиоактивните материали. Проучването е публикувано наскоро в Chemistry – A European Journal, като според редакторите откритието е с висока степен на значимост.

Ядрената енергетика предлага чист източник на електроенергия с ниски емисии на въглероден диоксид и се превръща във все по-значим фактор за енергийните доставки в много държави. Около 10% от електрическата енергия в цял свят се генерира от ядрени електроцентрали. Основен проблем обаче остава ядреното гориво, чиято ефективност намалява с времето, което налага подмяната му на приблизително всеки пет години. Отработеното гориво е силно радиоактивно и генерира огромни количества топлина, поради което преди преработка или обезвреждане се налага съхранението му в охладителни басейни. Отнема повече от година прътите ядрено гориво да се охладят до степен, позволяваща преработката им и отстраняване на урана и плутония, които могат да бъдат използвани повторно за същата цел.

Въпреки това, елементите америций, кюрий и нептуний, наричани низши актиниди, все още присъстват в горивото и отделят най-големия дял топлина и радиоактивност. В допълнение, тези елементи остават силно радиоактивни в продължение на приблизително 9000 години, което прави безопасното управление на процесите пo дългосрочно съхранение и обезвреждане на ядреното гориво изключително трудно. Ако тези елементи бъдат отстранени, безопасността и устойчивостта на ядрената енергетика ще се повишат значително, тъй като остатъците от ядрено гориво ще запазят радиоактивността си за близо 300 години, което е доста по-лесно управляем времеви период.

Молекули, наречени триазини, могат да спомогнат за отстраняването на споменатите елементи от отработеното ядрено гориво по високоселективен начин. Целта на изследователите е да открият как модифицирането на определена част от тези молекули може да повлияе на способността им да свързват и извличат низшите актиниди на молекулярно ниво. В бъдеще резултатите от проучването могат да се използват за създаване на по-ефективни молекули за преработка на отработено ядрено гориво.

Учените променят размера на алифатните пръстени в референтните молекули и откриват, че това изменение оказва неочаквано въздействие върху ефективността на свързване и екстракция на низшите актиниди. Впоследствие чрез редица експериментални техники изследователите определят конкретните причини за тези ефекти.

“Откритията ни са значими, тъй като позволяват по-рационално създаване на молекулите, а не просто на база на принципа проба-грешка. Наблюденията ни в резултат от регулирането на цикличната алифатна част на тези молекули може да проправи пътя към подобрени актинид-селективни лиганди за преработката на ОЯГ.

Модифицирането им с цел оптимизиране на свойствата им по отношение на екстракцията може да бъде от ключово значение за бъдещото им приложение в индустриален мащаб”, обяснява д-р Франк Люис, старши лектор по органична химия към катедра “Приложни науки” в университета Northumbria и ръководител на екипа от изследователи.

“Вярваме, че тези резултати са изключително важни за сферата на ядрената енергетика и това беше потвърдено от панела, който рецензира статията ни преди публикуването й”, допълва д-р Люис.