Interaktion med nukleart affald i miljøet kan være mere kompliceret, end man engang troede

Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) forskere og samarbejdspartnere foreslog en ny mekanisme, hvorved nukleart affald kunne spredes i miljøet.

De nye fund, der involverer forskere ved Penn State og Harvard Medical School, have konsekvenser for håndtering af atomaffald og miljøkemi. Forskningen er publiceret i Journal of the American Chemical Society .

"Denne undersøgelse relaterer til nukleare materialers skæbne i naturen, og vi faldt over en hidtil ukendt mekanisme, hvorved visse radioaktive grundstoffer kunne spredes i miljøet, " sagde LLNL videnskabsmand og hovedforfatter Gauthier Deblonde. "Vi viser, at der er molekyler i naturen, som ikke blev overvejet før, især proteiner som 'lanmodulin', der kan have en stærk indvirkning på radioelementer, der er problematiske for håndtering af nukleart affald, såsom americium, curium, etc."

Tidligere og nuværende nukleare aktiviteter (energi, forskning, våbenforsøg) har øget behovet for at forstå opførselen af ​​radioaktive materialer i miljøet. Kerneaffald, der indeholder actinider (f.eks. Plutonium, americium, curium, neptunium...) er særligt problematiske, da de forbliver radioaktive og giftige i tusinder af år.

Imidlertid, meget lidt er kendt om den kemiske form af disse grundstoffer i miljøet, tvinger videnskabsmænd og ingeniører til at bruge modeller til at forudsige deres langsigtede adfærd og migrationsmønstre. Så langt, disse modeller har kun overvejet interaktioner med små naturlige forbindelser, mineralske faser og kolloider, og virkningen af ​​mere komplekse forbindelser som proteiner er stort set blevet ignoreret. Den nye undersøgelse viser, at en type protein, der er rigeligt i naturen, i høj grad udkonkurrerer molekyler, som videnskabsmænd tidligere anså for at være de mest problematiske med hensyn til aktinid-migrering i miljøet.

"Den nylige opdagelse af, at nogle bakterier specifikt bruger sjældne jordarters grundstoffer, har åbnet nye områder inden for biokemi med vigtige teknologiske anvendelser og potentielle implikationer for aktinidgeokemi, på grund af kemiske ligheder mellem de sjældne jordarter og aktinider," sagde Joseph Cotruvo Jr., Penn State adjunkt og co-korresponderende forfatter på papiret.

Proteinet kaldet lanmodulin er et lille og rigeligt protein i mange sjældne jordartsbrugende bakterier. Det blev opdaget af Penn State -medlemmerne af teamet i 2018. Mens Penn State- og LLNL -teamet har undersøgt detaljeret, hvordan dette bemærkelsesværdige protein fungerer, og hvordan det kan anvendes til at udtrække sjældne jordarter, proteinets relevans for radioaktive forurenende stoffer i miljøet var tidligere uudforsket.

"Vores resultater tyder på, at lanmodulin, og lignende forbindelser, spiller en vigtigere rolle i aktinidernes kemi i miljøet, end vi kunne have forestillet os, " sagde LLNL-forsker Annie Kersting. "Vores undersøgelse peger også på den vigtige rolle, som selektive biologiske molekyler kan spille i de forskellige migrationsmønstre for syntetiske radioisotoper i miljøet."

"Undersøgelsen viser også for første gang, at lanmodulin foretrækker actinid-elementerne frem for andre metaller, inklusive de sjældne jordarters elementer, en interessant egenskab, der kunne bruges til nye adskillelsesprocesser, "sagde LLNL -videnskabsmanden Mavrik Zavarin.

Biokemi af sjældne jordarters grundstoffer er et meget nyt område, som Penn State og LLNL har været med til at være banebrydende for, og det nye arbejde er det første til at udforske, hvordan aktiniders miljøkemi kan være forbundet med naturens brug af sjældne jordarters grundstoffer. Lanmodulins højere affinitet for actinider kan endda betyde, at sjældne jordarters udnyttende organismer, der er allestedsnærværende i naturen, fortrinsvis kan inkorporere visse actinider i deres biokemi, ifølge Deblonde.