Ny molekylær fælde renser mere radioaktivt affald fra nukleare brændselsstave

En ny metode til at opsamle radioaktivt affald fra atomkraftværker er billigere og mere effektiv end nuværende metoder, en potentiel velsignelse for energiindustrien, ifølge ny forskning offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation .

"Vores opsamlingsmetode overgår langt alle nuværende teknologier og kan ændre landskabet for energiproduktion på verdensplan, " sagde Timo Thonhauser, Wake Forest University beregningsfysiker på forskerholdet.

Den nye molekylære fælde, en metal-organisk ramme (MOF) kaldet MIL-101-Cr, blev udviklet af forskere ledet af Jing Li ved Rutgers University, analyseret af Thonhausers laboratorium i Wake Forest og målt af forskere i Yves Chabals laboratorium ved University of Texas-Dallas.

Denne unikke MOF fjerner næsten alt radioaktivt iodid fra brugte atombrændstofstænger. Forordninger i USA kræver, at oparbejdningsanlæg skal skrubbe 99,967 procent af de radioaktive iodider fra stængerne. MIL-101-Cr MOF fjerner 99,979-99,984 procent.

MOF'er er en relativt ny klasse af materialer, hvor metalhjørner er forbundet med en organisk linker.

"Det bliver en hel ramme med tom plads i midten, Thonhauser forklarede. "Det ligner lidt en svamp."

Gennembruddet kom, da forskerne ved Rutgers fastgjorde "grabbers" til metalhjørnene på deres MOF, oprettelse af MIL-101-Cr, en industriel adsorbent, der er meget god til at fange ét bestemt biprodukt fra atomenergiproduktion - radioaktivt iodid. Dette stof er blevet forbundet med kræft hos mennesker.

Som forskerholdets beregningsfysiker, Thonhauser, med postdoktorassistent Stephanie Jensen, kørte teoretiske test af MOF ved hjælp af en supercomputer. Deres mål var at afgøre, hvorfor og hvordan fælden fungerer, så den kan forbedres i yderligere test.

Faktisk, denne MOF er tre til fire gange bedre end den nuværende industrielle adsorbent, der bruges af atomkraftværker. Det er også billigere, fordi den ikke er afhængig af et ædelmetal som sølv til at danne hjørnerne.

Alene denne kendsgerning kunne spare på brændstofomkostningerne rundt om i verden. En rapport fra 2015 fra World Nuclear Association rangerede prisen på atomkraft i USA lavere end kul, men højere end naturgas.