Een nieuwe methode die is ontwikkeld in het Oak Ridge National Laboratory, bewijst dat het afval van de ene inspanning de waardevolle isotoop van de andere is.

Een van de bijproducten van het nationale plutonium-238-productieprogramma van het Department of Energy lab is promethium-147, een zeldzame isotoop die wordt gebruikt in kernbatterijen en om de dikte van materialen te meten.

Het is moeilijk en kostbaar om afval met radioactieve elementen op te ruimen nadat neptunium-237-doelen zijn bestraald in de Hoge Flux Isotopen Reactor, een DOE Office of Science gebruikersfaciliteit, om Pu-238 te produceren voor verkenning van de ruimte. Maar vorig jaar, een nieuw ORNL-project voor het DOE Isotope-programma begon met het delven van Pm-147 uit de splijtingsproducten die achterblijven wanneer Pu-238 uit het doelwit wordt gescheiden.

Het primaire doel van deze inspanning is het herstellen van de binnenlandse productie van Pm-147, die schaars is, en het heeft een bijkomend voordeel:het verminderen van de concentraties van radioactieve elementen in het afval, zodat het veilig kan worden weggegooid in eenvoudiger, goedkopere manieren, nu en in de toekomst.

"Tijdens het herstel van een waardevol product dat het DOE Isotope-programma wil, realiseerden we ons dat we onze verwijderingskosten kunnen verlagen, " zei Richard Mayes van ORNL, groepsleider voor Emerging Isotopen Research. "Er is enige synergie."

Pm-147 is niet het enige waardevolle metaal in de Pu-238-productieafvalstroom dat van belang is voor het DOE Isotope-programma, maar het is het eerste Mayes-team dat met succes is geëxtraheerd. Susan Hogle van ORNL schreef het oorspronkelijke voorstel om Pm-147 te ontginnen uit Pu-238-afval en biedt computationele ondersteuning met gedetailleerde informatie over mogelijke isotopen die in de oplossing aanwezig zijn. en Mayes heeft gewerkt met Lætitia Delmau, interim groepsleider voor Radiochemical Seperations Science Group bij ORNL, om een ​​proces te ontwikkelen om het te extraheren en te zuiveren.

"Momenteel, we zijn de enige producenten van Pm-147 in de VS, en er is een markt voor "Zei Mayes. Onderzoek wijst uit dat het aanvullende toepassingen zou kunnen hebben in medische beeldvorming en als radio-isotoop om energie op te wekken voor ruimtesondes.

Terwijl het Pu-238 Supply Program wordt gefinancierd door NASA en beheerd door DOE's Office of Nuclear Energy, het herstel van Pm-147 wordt gefinancierd door het DOE Isotope-programma binnen DOE's Office of Science.

ORNL doet ook onderzoek voor het DOE Isotoop Programma waarin neodymium-146 wordt bestraald in de Hoge Flux Isotopen Reactor, of HFIR om Pm-147 te maken. Dit proces zou een nieuw alternatief bieden, versterking van de binnenlandse toeleveringsketen voor deze belangrijke isotoop, en het verminderen van de Amerikaanse afhankelijkheid van een enkele buitenlandse levering.

De inspanningen van Mayes' team zijn gekoppeld aan het productieschema van de Pu-238, wat momenteel tussen de twee en vier verwerkingscycli per jaar is. Ze schatten dat er ongeveer honderden curies Pm-147 in elke batch zitten. Meerdere dagen in ploegendienst werken, het team gebruikt hotcells in het Radiochemical Engineering Development Center van ORNL, of REDC, om een ​​geconcentreerde partij Pm-147 te isoleren uit de oplossing van Pu-238-bijproducten.

Die batch wordt vervolgens overgebracht naar een afgeschermde grot - een kleiner type hot cell - bij de REDC, waar het wordt gezuiverd en klaargemaakt voor verzending naar klanten van het DOE Isotope-programma. Het proces kost een paar maanden inspanning en ongeveer 20 mensen.

Het team zal het komende jaar demonstreren of het herstel van Pm-147 uit Pu-238-bijproducten duurzaam is. Als, het project moet meegroeien met het Pu-238-programma. Het doel van het lab is om genoeg Pu-238 te produceren om jaarlijks 1,5 kilogram plutoniumoxide op te leveren. om tegemoet te komen aan de eisen van NASA voor reizen door de diepe ruimte. Het door ORNL geproduceerde plutoniumoxide bevindt zich aan boord van de Perseverance-rover die nu Mars verkent.

delmau, die gespecialiseerd is in radiochemische scheidingen, zei Pm-147 is een van de ongeveer een dozijn elementen die zijn overgebleven na het verwerken van Pu-238, en het isoleren van individuele elementen kost werk.

"De scheiding van lanthaniden van elkaar en van driewaardige actiniden is al tientallen jaren een uitdaging, "zei ze. "Als elementen dezelfde chemische eigenschappen hebben, het kan heel moeilijk zijn om er een uit te kiezen."

Momenteel, Pm-147 is de enige isotoop die uit de afvalstroom wordt gewonnen, maar een belangrijk nevenvoordeel van het project zou uiteindelijk een substantiële afname kunnen zijn van de hoeveelheid transuranisch materiaal dat het lab moet afvoeren. Mayes zei dat succesvolle inspanningen met Pm-147 kunnen leiden tot de winning van andere materialen bij ORNL.

"We hebben een afvalstroom die waardevolle producten bevat - producten die veel toepassingen kunnen hebben, " zei hij. "Onze nationale laboratoria hebben de middelen en ervaring om ze veilig en efficiënt te isoleren."