De opwerking van verbruikte splijtstof zou in de toekomst veiliger en efficiënter kunnen worden nadat onderzoekers een manier hadden gevonden om de structuur van moleculen aan te passen om radioactieve materialen te verwijderen.

Het onderzoek is gepubliceerd in een recente editie van het invloedrijke Chemistry-A European Journal en wordt door de redactie van het tijdschrift beschreven als van groot belang.

De opwerking:

Kernenergie biedt een schone, koolstofarme bron van elektriciteit en wordt een groeiend onderdeel van de energievoorziening in veel landen over de hele wereld. Ongeveer 10% van de elektriciteit in de wereld wordt geproduceerd door kernenergie. Echter, kerncentrales hebben brandstof nodig om elektriciteit te produceren en deze brandstof wordt na verloop van tijd minder efficiënt, en moet na ongeveer vijf jaar worden vervangen.

Verbruikte splijtstof is nog steeds zeer radioactief en genereert intense hoeveelheden warmte. Alvorens opnieuw te worden verwerkt of weggegooid, het moet worden ondergedompeld in gespecialiseerde koelvijvers onder meer dan 40 voet water. Het water biedt bescherming tegen radioactiviteit en wordt continu gekoeld om de intense hitte van de splijtstofstaven te verwijderen.

Het duurt meer dan een jaar voordat de splijtstofstaven zijn afgekoeld tot een punt waarop ze kunnen worden opgewerkt om de uranium- en plutoniumelementen te verwijderen, die vervolgens als brandstof kan worden hergebruikt.

Echter, de elementen americium, curium en neptunium, die de kleine actiniden worden genoemd, zijn nog steeds aanwezig en produceren het grootste deel van de warmte en radioactiviteit van de resterende verbruikte splijtstof. In aanvulling, deze elementen blijven ongeveer 9 hoog radioactief 000 jaar, waardoor de langdurige opslag en verwijdering van verbruikte splijtstof uiterst moeilijk veilig te beheren is.

Als deze schadelijke radioactieve elementen zouden kunnen worden verwijderd, zou dit de veiligheid en duurzaamheid van kernenergie aanzienlijk verbeteren, omdat de resterende verbruikte splijtstof ongeveer 300 jaar radioactief zou blijven, wat een veel beter beheersbaar tijdsbestek is.

De moleculen wijzigen

Moleculen die triazinen worden genoemd, zijn in staat om deze schadelijke elementen op zeer selectieve wijze uit verbruikte splijtstof te verwijderen of te extraheren. en zijn al een tijdje bekend. De onderzoekers wilden uitzoeken hoe het modificeren van een bepaald deel van deze moleculen hun vermogen om deze kleine actiniden op moleculair niveau te binden en te extraheren zou kunnen beïnvloeden. De opgedane kennis en inzichten kunnen worden benut om beter te ontwerpen, efficiëntere moleculen voor de opwerking van verbruikte splijtstof in de toekomst.

De onderzoekers veranderden de grootte van de alifatische ringen in de gevestigde benchmarkmoleculen van 6-ledige ringen naar 5-ledige ringen. Ze ontdekten dat deze kleine maar subtiele verandering onverwachte effecten had op hoe efficiënt deze moleculen binden en de minder belangrijke actiniden extraheren in vergelijking met de benchmarkmoleculen. De exacte redenen voor deze effecten werden vervolgens op moleculair niveau bepaald met behulp van een reeks experimentele technieken.

Dr. Frank Lewis, universitair hoofddocent organische chemie aan de afdeling Toegepaste Wetenschappen van Northumbria University zei:"De bevindingen zijn significant omdat ze het mogelijk zouden kunnen maken om betere moleculen op een meer rationele manier te ontwerpen, in plaats van simpelweg met vallen en opstaan.

"De kennis en inzichten die we hebben opgedaan door het cyclische alifatische deel van deze moleculen af ​​te stemmen, kunnen de weg vrijmaken voor het rationele ontwerp van verbeterde actinide-selectieve liganden voor het opwerken van verbruikte splijtstoffen. Het op verschillende manieren wijzigen van deze moleculen om hun extractie-eigenschappen te verbeteren zou toekomstige opwerking efficiënter en kan essentieel zijn als ze in de toekomst industrieel worden gebruikt.

"Wij zijn van mening dat deze resultaten van groot belang zijn op het gebied van kernenergie, en dit is bevestigd door het panel dat de paper vóór publicatie heeft beoordeeld."