El reprocesamiento del combustible nuclear gastado podría volverse más seguro y más eficiente en el futuro después de que los investigadores encontraran una forma de modificar la estructura de las moléculas para eliminar los materiales radiactivos.
La investigación se publica en una edición reciente de los influyentes Química - Una revista europea 7 de enero de 2020 y los editores de la revista lo describen como de gran importancia.
La operación de reprocesamiento
La energía nuclear ofrece una fuente de electricidad limpia y baja en carbono y se está convirtiendo en una parte creciente del suministro de energía en muchos países del mundo. Alrededor del 10% de la electricidad mundial es producida por energía nuclear. Sin embargo, las centrales nucleares necesitan combustible para producirelectricidad y este combustible se vuelve menos eficiente con el tiempo, y necesita ser reemplazado después de aproximadamente cinco años.
El combustible gastado sigue siendo altamente radiactivo y genera cantidades intensas de calor. Antes de ser reprocesado o desechado, debe sumergirse en estanques de enfriamiento especializados bajo más de 40 pies de agua. El agua proporciona protección contra la radiactividad y se enfría continuamente paraeliminar el calor intenso de las barras de combustible.
Las barras de combustible tardan más de un año en enfriarse hasta un punto en el que puedan reprocesarse para eliminar los elementos de uranio y plutonio, que luego pueden reutilizarse como combustible.
Sin embargo, los elementos americio, curio y neptunio, que se llaman actínidos menores, todavía están presentes y producen la mayor parte del calor y la radiactividad del combustible gastado restante. Además, estos elementos permanecen altamente radiactivos durante aproximadamente 9,000 años, lo quehace que el almacenamiento y la eliminación a largo plazo del combustible gastado sea extremadamente difícil de administrar de manera segura.
Si estos elementos radiactivos dañinos pudieran eliminarse, mejoraría significativamente la seguridad y la sostenibilidad de la energía nuclear porque el combustible gastado restante permanecería radiactivo durante aproximadamente 300 años, lo cual es un marco de tiempo mucho más manejable.
Modificando las moléculas
Las moléculas llamadas triazinas son capaces de eliminar o extraer estos elementos dañinos del combustible nuclear gastado de una manera altamente selectiva, y se conocen desde hace algún tiempo. Los investigadores intentaron averiguar cómo modificar una determinada parte de estas moléculas podría influirsu capacidad para unir y extraer estos actínidos menores a nivel molecular. El conocimiento y los conocimientos adquiridos podrían explotarse para diseñar moléculas mejores y más eficientes para el reprocesamiento de combustible nuclear gastado en el futuro.
Los investigadores cambiaron el tamaño de los anillos alifáticos en las moléculas de referencia establecidas de anillos de 6 miembros a anillos de 5 miembros. Descubrieron que este cambio pequeño pero sutil tuvo efectos inesperados sobre la eficacia con la que estas moléculas se unen y extraen los actínidos menores en comparacióna las moléculas de referencia. Las razones exactas de estos efectos se determinaron a nivel molecular utilizando una variedad de técnicas experimentales.
El Dr. Frank Lewis, profesor titular de química orgánica en el Departamento de Ciencias Aplicadas de la Universidad de Northumbria dijo: "Los hallazgos son significativos, ya que podrían permitir el diseño de mejores moléculas de una manera más racional, en lugar de simplemente por ensayo y error".
"El conocimiento y las percepciones que hemos obtenido al ajustar la parte alifática cíclica de estas moléculas podría allanar el camino para el diseño racional de ligandos selectivos de actínidos mejorados para reprocesar los combustibles nucleares gastados. Modificar estas moléculas de diferentes maneras para mejorar sus propiedades de extracción podríahacer que el reprocesamiento futuro sea más eficiente y podría ser esencial si se van a utilizar industrialmente en el futuro.
"Creemos que estos resultados son de gran importancia para el campo de la energía nuclear, y esto ha sido confirmado por el panel que revisó el documento antes de su publicación".
Resultados significativos
El equipo editorial en Química Una revista europea escribió al Dr. Lewis y sus colegas diciendo: "Según la evaluación de los árbitros, los resultados informados en este artículo son de gran importancia. Menos del 20% de los manuscritos reciben una crítica tan positiva". El documento también fue seleccionado poreditores como 'Hot Paper', y se destacó en una obra gráfica de Frontispiece.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Northumbria . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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