Forskere udvinder efterspurgt isotop fra plutoniumrester

En ny metode udviklet ved Oak Ridge National Laboratory viser, at en indsats skraldespand er en anden værdifuld isotop.

Et af biprodukterne fra Department of Energy labs nationale plutonium-238 produktionsprogram er promethium-147, en sjælden isotop, der bruges i nukleare batterier og til at måle tykkelsen af ​​materialer.

Det er svært og dyrt at bortskaffe affald, der indeholder radioaktive elementer, der er tilbage, efter at neptunium-237 mål er bestrålet i High Flux Isotope Reactor, en DOE Office of Science brugerfacilitet, at producere Pu-238 til rumforskning. Men sidste år, et nyt ORNL-projekt til DOE Isotopeprogrammet begyndte at bryde Pm-147 fra de fissionsprodukter, der var tilbage, da Pu-238 blev adskilt fra målet.

Denne indsats primære mål er at genetablere den indenlandske produktion af Pm-147, der er en mangelvare, og det har en sidegevinst:at reducere koncentrationerne af radioaktive elementer i affaldet, så det kan bortskaffes sikkert på en enklere måde, billigere måder både nu og i fremtiden.

"I processen med at genvinde et værdifuldt produkt, som DOE Isotope -programmet ønsker, vi indså, at vi kan reducere vores bortskaffelsesomkostninger, "sagde ORNLs Richard Mayes, gruppeleder for Emerging Isotope Research. "Der er en vis synergi."

Pm-147 er ikke det eneste værdifulde metal i Pu-238-produktionsaffaldsstrømmen, der er af interesse for DOE-isotopprogrammet, men det er det første Mayes 'team, der med succes har udtrukket. ORNLs Susan Hogle skrev det originale forslag om at udvinde Pm-147 fra Pu-238-affald og leverer beregningsunderstøttelse med detaljerede oplysninger om potentielle isotoper i løsningen, og Mayes har arbejdet med Lætitia Delmau, midlertidig gruppeleder for Radiochemical Separations Science Group på ORNL, at udvikle en proces til at udtrække og rense den.

"I øjeblikket, vi er de eneste producenter af Pm-147 i USA, og der er et marked for det, "Sagde Mayes. Forskning viser, at det kan have yderligere anvendelser inden for medicinsk billeddannelse og som en radioisotop til at generere strøm til rumsonder.

Mens Pu-238 Supply Program er finansieret af NASA og forvaltes gennem DOE's Office of Nuclear Energy, inddrivelsen af ​​Pm-147 finansieres af DOE Isotope-programmet inden for DOE's Office of Science.

ORNL forfølger også forskning for DOE-isotopprogrammet, hvor neodym-146 bestråles i High Flux Isotope Reactor, eller HFIR for at lave Pm-147. Denne proces ville give et nyt alternativ, styrkelse af den indenlandske forsyningskæde for denne vigtige isotop, og formindske USA's afhængighed af en enkelt udenlandsk forsyning.

Mayes 'teams indsats er knyttet til Pu-238-produktionsplanen, som i øjeblikket er mellem to og fire behandlingscyklusser om året. De vurderer, at der er omtrent hundredvis af kurier af Pm-147 i hver batch. Arbejde i vagter døgnet rundt i flere dage, teamet bruger varme celler i ORNL's Radiochemical Engineering Development Center, eller REDC, at isolere et koncentreret parti Pm-147 fra opløsningen af ​​Pu-238 biprodukter.

Denne batch overføres derefter til en afskærmet hule - en mindre type varm celle - ved REDC, hvor det er renset og klar til at blive sendt til DOE Isotope Program -kunder. Processen involverer et par måneders indsats og omkring 20 personer.

Teamet vil bruge det næste år på at demonstrere, om genindvindingen af ​​Pm-147 fra Pu-238 biprodukter er bæredygtig. Hvis så, projektet skulle vokse ved siden af ​​Pu-238-programmet. Laboratoriets mål er at producere nok Pu-238 til at give 1,5 kg årligt plutoniumoxid, for at imødekomme NASAs krav til dybe rumrejser. ORNL-produceret plutoniumoxid er ombord på Perseverance-roveren, der nu udforsker Mars.

Delmau, der har specialiseret sig i radiokemiske separationer, sagde Pm-147 er et af omkring et dusin elementer, der er tilbage efter behandling af Pu-238, og isolering af enkelte elementer kræver arbejde.

"Adskillelsen af ​​lanthanider fra hinanden og fra treværdige actinider har været en udfordring i årtier, "sagde hun." Når grundstofferne har de samme kemiske egenskaber, det kan være meget svært at vælge en. "

I øjeblikket, Pm-147 er den eneste isotop, der høstes fra affaldsstrømmen, men en vigtig sidegevinst ved projektet kan i sidste ende være et betydeligt fald i mængden af ​​transuranisk materiale, laboratoriet skal bortskaffe. Mayes sagde, at en vellykket indsats med Pm-147 kan føre til ekstraktion af andre materialer på ORNL.

"Vi har en affaldsstrøm, der har værdifulde produkter i sig - produkter, der kan have mange anvendelser, "sagde han." Vores nationale laboratorier har ressourcer og erfaring til sikkert og effektivt at isolere dem. "