El reprocesamiento del combustible nuclear gastado podría volverse más seguro y 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 la influyente Chemistry — A European Journal y los editores de la revista la describen como de gran importancia.

La operación de reprocesamiento

La energía nuclear ofrece un fuente de electricidad con bajas emisiones de carbono y se está convirtiendo en una parte cada vez mayor del suministro de energía en muchos países de todo el mundo. Aproximadamente el 10% de la electricidad mundial se produce mediante energía nuclear. Sin embargo, Las centrales nucleares necesitan combustible para producir electricidad 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 eliminado, necesita sumergirse en estanques de enfriamiento especializados bajo más de 40 pies de agua. El agua proporciona protección contra la radiactividad y se enfría continuamente para eliminar el calor intenso de las barras de combustible.

Se necesita más de un año para que las barras de combustible se enfríen hasta un punto en el que puedan reprocesarse para eliminar los elementos de uranio y plutonio. que luego se puede reutilizar como combustible.

Sin embargo, los elementos americio, curio y neptunio, que se denominan 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 que hace que el almacenamiento y la eliminación a largo plazo del combustible gastado sea extremadamente difícil de gestionar de forma segura.

Si estos elementos radiactivos nocivos pudieran eliminarse, mejoraría significativamente la seguridad y sostenibilidad de la energía nuclear. porque el combustible gastado restante permanecería radiactivo durante aproximadamente 300 años, que es un marco de tiempo mucho más manejable.

Modificando las moléculas

Las moléculas llamadas triazinas son capaces de eliminar o extraer estos elementos nocivos del combustible nuclear gastado de una manera muy selectiva. y se conocen desde hace algún tiempo. Los investigadores tenían como objetivo descubrir cómo la modificación de una determinada parte de estas moléculas podría influir en su capacidad para unirse y extraer estos actínidos menores a nivel molecular. Los conocimientos y las perspectivas adquiridos podrían aprovecharse para diseñar mejor, moléculas 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 pequeño pero sutil cambio tuvo efectos inesperados sobre la eficiencia con la que estas moléculas se unen y extraen los actínidos menores en comparación con las moléculas de referencia. Las razones exactas de estos efectos se determinaron luego a nivel molecular utilizando una variedad de técnicas experimentales.

Dr. Frank Lewis, El 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 que se diseñen mejores moléculas de una manera más racional". en lugar de simplemente por ensayo y error.

"El conocimiento y la percepción que hemos obtenido al ajustar la parte alifática cíclica de estas moléculas podrían allanar el camino para el diseño racional de ligandos selectivos de actínidos mejorados para el reprocesamiento de combustibles nucleares gastados. La modificación de estas moléculas de diferentes formas para mejorar sus propiedades de extracción podría hacer que el futuro reprocesamiento 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 artículo antes de su publicación ".