Wetenschappers en medewerkers van Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) stelden een nieuw mechanisme voor waarmee kernafval zich in het milieu zou kunnen verspreiden.

De nieuwe bevindingen, waarbij onderzoekers van Penn State en Harvard Medical School betrokken zijn, gevolgen hebben voor het beheer van kernafval en milieuchemie. Het onderzoek is gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

"Deze studie heeft betrekking op het lot van nucleair materiaal in de natuur, en we stuitten op een voorheen onbekend mechanisme waardoor bepaalde radioactieve elementen zich in de omgeving konden verspreiden, " zei LLNL-wetenschapper en hoofdauteur Gauthier Deblonde. "We laten zien dat er moleculen in de natuur zijn die niet eerder werden overwogen, met name eiwitten zoals 'lanmodulin' die een sterke impact kunnen hebben op radio-elementen die problematisch zijn voor het beheer van nucleair afval, zoals americium, curium, enzovoort."

Vroegere en huidige nucleaire activiteiten (energie, Onderzoek, wapenproeven) hebben de urgentie vergroot om inzicht te krijgen in het gedrag van radioactieve stoffen in het milieu. Nucleair afval dat actiniden bevat (bijv. plutonium, americium, curium, neptunium...) zijn bijzonder problematisch omdat ze duizenden jaren radioactief en giftig blijven.

Echter, er is zeer weinig bekend over de chemische vorm van deze elementen in het milieu, wetenschappers en ingenieurs dwingen modellen te gebruiken om hun langetermijngedrag en migratiepatronen te voorspellen. Zo ver, deze modellen hebben alleen rekening gehouden met interacties met kleine natuurlijke verbindingen, minerale fasen en colloïden, en de impact van complexere verbindingen zoals eiwitten is grotendeels genegeerd. De nieuwe studie toont aan dat een type eiwit dat in de natuur overvloedig aanwezig is, de moleculen die wetenschappers eerder als de meest problematische in termen van actinidemigratie in het milieu beschouwden, enorm overtreft.

"De recente ontdekking dat sommige bacteriën specifiek zeldzame aardelementen gebruiken, heeft nieuwe gebieden van biochemie geopend met belangrijke technologische toepassingen en mogelijke implicaties voor actinide-geochemie, vanwege chemische overeenkomsten tussen de zeldzame aarden en actiniden", zei Joseph Cotruvo Jr., Penn State assistent-professor en co-corresponderende auteur op het papier.

Het eiwit dat lanmoduline wordt genoemd, is een klein en overvloedig eiwit in veel bacteriën die zeldzame aarde gebruiken. Het werd ontdekt door de Penn State-leden van het team in 2018. Terwijl het team van Penn State en LLNL in detail heeft bestudeerd hoe dit opmerkelijke eiwit werkt en hoe het kan worden toegepast om zeldzame aardmetalen te extraheren, de relevantie van het eiwit voor radioactieve verontreinigingen in het milieu was voorheen onontgonnen.

"Onze resultaten suggereren dat lanmoduline, en soortgelijke verbindingen, een belangrijkere rol spelen in de chemie van actiniden in het milieu dan we ons hadden kunnen voorstellen, "Zei LLNL-wetenschapper Annie Kersting. "Onze studie wijst ook op de belangrijke rol die selectieve biologische moleculen kunnen spelen in de differentiële migratiepatronen van synthetische radio-isotopen in de omgeving."

"De studie toont ook voor de eerste keer aan dat lanmoduline de actinide-elementen verkiest boven andere metalen, inclusief de zeldzame aardelementen, een interessante eigenschap dan zou kunnen worden gebruikt voor nieuwe scheidingsprocessen, " zei LLNL-wetenschapper Mavrik Zavarin.

De biochemie van zeldzame aardelementen is een zeer recent veld dat Penn State en LLNL hebben helpen pionieren, en het nieuwe werk is het eerste dat onderzoekt hoe de milieuchemie van actiniden kan worden gekoppeld aan het gebruik van zeldzame aardelementen door de natuur. De hogere affiniteit van Lanmodulin voor actiniden zou zelfs kunnen betekenen dat zeldzame aarde-gebruikende organismen die alomtegenwoordig in de natuur zijn, bij voorkeur bepaalde actiniden in hun biochemie kunnen opnemen, volgens Deblond.