Выделение урана, являющееся ключевой частью ядерного топливного цикла, потенциально может быть осуществлено более безопасно и эффективно с помощью новой методики, разработанной учеными-химиками из Орегонского государственного университета.
В этом методе используются мылоподобные химические вещества, известные как поверхностно-активные вещества, для извлечения урана из водного раствора в раствор керосина в виде полых кластеров. Помимо подготовки топлива, он также может найти применение при переработке устаревших отходов и очистке от загрязнения окружающей среды.
Исследования в OSU включают в себя уникальную форму урана, открытую в 2005 году, капсулы пероксида уранила, и то, как эти отрицательно заряженные кластеры формируются в щелочных условиях. Результаты были недавно опубликованы в Европейском журнале неорганической химии.
«Это совсем другое направление», - сказал ведущий автор исследования Харрисон Нил, аспирант Колледжа науки штата Орегон. «Сейчас большая часть работы выполняется в кислоте, а мы находимся на другом конце шкалы pH в щелочи. Это совсем другой подход, в целом использующий менее вредные и менее токсичные химические вещества».
На протяжении всего ядерного топливного цикла требуется множество разделений - при добыче полезных ископаемых, обогащении и производстве топлива, а затем, после использования топлива, для рекуперации пригодных к использованию отработавших изотопов и капсулирования и хранения непригодных для использования радиоактивных компонентов.
«Когда вы используете ядерное топливо, продукты радиоактивного распада отравляют топливо и делают его менее эффективным», - говорит Мэй Найман, профессор химии в штате Орегон и автор исследования. «Вы должны взять его, растворить, извлечь хорошие вещества и сделать новое топливо».
Найман отмечает, что работа представляет собой важное фундаментальное исследование в области кластерной химии, поскольку она позволяет изучать кластеры уранила в органической фазе и может проложить путь к лучшему пониманию ионной ассоциации.
«При извлечении этих кластеров в органическую фазу сами кластеры становятся полыми, поэтому, когда мы помещаем их в органический раствор, они все еще содержат другие атомы, молекулы, другие ионы», - добавил Нил. «Мы можем изучить, как эти ионы взаимодействуют с этими клетками, в которых они находятся. Фундаментальное исследование заключается в том, чтобы понять, как ионы попадают внутрь и что они делают, когда оказываются внутри, потому что они там застряли».
Когда образуются кластеры, каждый из них содержит от 20 до 60 атомов урана, «поэтому мы можем извлекать их целыми группами, а не по одному», - сказал Найман. «Это атомно-эффективный подход».
Существующие методы разделения требуют двух экстракционных молекул для каждого иона урана, тогда как метод OSU требует менее одной экстракционной молекулы на ион.
Ученые из Университета Нотр-Дам совместно работали над исследованием, которое было поддержано Министерством энергетики США.