В будущем переработка отработавшего ядерного топлива может быть безопаснее и эффективнее благодаря новому методу изменения структуры молекул для удаления радиоактивных веществ. Результаты исследования были недавно опубликованы. .
Ядерная энергетика — чистый и низкоуглеродный источник электричества, играющий всё большую роль в энергоснабжении многих стран. Примерно 10% всей мировой электроэнергии вырабатывается на атомных электростанциях. Однако для производства электричества АЭС требуется топливо, которое со временем становится менее эффективным и нуждается в замене каждые примерно пять лет.
Израсходованное топливо остаётся высоко радиоактивным и выделяет много тепла. До переработки или утилизации его погружают в специальные охладительные пруды, глубиной более 10 метров. Вода обеспечивает защиту от радиации и постоянно охлаждается для отвода выделяемого тепла от стержней.
Топливным стержням необходимо более года для остывания до состояния, пригодного для переработки с целью извлечения урановых и плутониевых элементов, которые после этого можно снова применять в качестве топлива.
Элементы америций, кюрий и нептуний, относящиеся ко второстепенным актиноидам, остаются в отработавшем топливе и вырабатывают большую часть тепла и радиоактивности. Поскольку эти элементы долгое время остаются высокоактивными (примерно 9000 лет), хранение и утилизация отработавшего топлива представляют собой сложную задачу для безопасного обращения с ним.
Удаление вредных радиоактивных элементов существенно повысило бы безопасность и устойчивость ядерной энергии. Оставшееся отработавшее топливо было бы радиоактивным в течение примерно 300 лет – более приемлемого периода.
Модификация молекул
Триазины, молекулы способные избирательно удалять вредные элементы из отработавшего ядерного топлива, известны уже некоторое время. Исследователи изучали, как модификация определенной части этих молекул может повлиять на их способность связывать и извлекать второстепенные актиниды на молекулярном уровне. Полученные знания могут быть использованы для разработки более совершенных молекул для переработки отработавшего ядерного топлива.
Ученые модифицировали алифатические кольца в стандартизированных молекулах с шестичленных на пятичленные. Результаты показали, что это незначительное изменение существенным образом повлияло на способность этих молекул связывать и извлекать второстепенные актиниды по сравнению со стандартными. молекуламиПричины этих эффектов установили на молекулярном уровне с помощью разных экспериментов.
Доктор Фрэнк Льюис, старший преподаватель органической химии на кафедре прикладных наук Университета Нортумбрии: «Полученные результаты важны, так как могут позволить разработать более совершенные молекулы более рациональным способом, а не методом проб и ошибок».
Полученные знания и идеи о настройке циклической алифатической части молекул могут помочь в разработке усовершенствованных актинидно-селективных лигандов для переработки отработавшего ядерного топлива. Различные модификации этих молекул для повышения экстракционных свойств могут сделать переработку более эффективной и стать значимым шагом, если в будущем их использование будет осуществляться промышленным способом.
Результаты признаны значимыми для ядреной энергетики экспертами, изучившими доклад перед публикацией.