La separación de uranio, una parte clave del ciclo del combustible nuclear, podría potencialmente hacerse más segura y eficiente a través de una nueva técnica desarrollada por investigadores de química en la Universidad Estatal de Oregon.
Un diagrama, una parte superior y una fotografía muestran que los cúmulos de uranio se extraen hacia arriba de una solución acuosa a una solución de queroseno. Crédito: Oregon State University.
La técnica utiliza sustancias químicas tipo jabón conocidos como agentes tensioactivos para extraer uranio de una solución acuosa en una solución de keroseno en forma de racimos huecos. Aparte de la preparación del combustible, puede encontrar valor en el tratamiento de residuos de legado y para la limpieza de la contaminación ambiental.
La investigación de OSU implica una forma única de uranio descubierta en el 2005, cápsulas de peróxido de uranilo, y cómo aquellos grupos con carga negative se forman en condiciones alcalinas. Los resultados fueron publicados recientemente en el European Journal of Inorganic Chemistry.
"Esta es una dirección muy diferente," dijo el autor del estudio Neal Harrison, un estudiante graduado en la Universidad de ciencias del estado de Oregon. "Mucha de la labor que se hace ahora es en ácido, y estamos en el otro extremo de la escala del pH en la base. Es un enfoque muy diferente, total utilizando menos productos químicos dañinos, menos tóxicos".
Durante todo el ciclo de combustible nuclear, se requieren muchas separaciones, en minería, enriquecimiento y fabricación de combustible y luego después del uso de combustible, para la recuperación de los isótopos gastados utilizables y la encapsulación y el almacenamiento de componentes radiactivos inservibles.
"Cuando se utiliza combustible nuclear, los productos de desintegración radiactiva envenenan el combustible para que sea menos efectivo," dijo May Nyman, profesor de química en el estado de Oregon y autor de la investigación. "Tienes que llevarlo, disolverlo, sacar las cosas buenas y hacer nuevo combustible".
Nyman, señala que el trabajo representa una investigación fundamental en el campo de la química del racimo porque permite el estudio de clusters de uranilo en la fase orgánica y puede allanar el camino para mejorar la comprensión de la Asociación de iones.
"Con la extracción de estos grupos en la fase orgánica, los grupos son huecos, por lo que cuando consigue en la solución orgánica, todavía que contienen otros átomos, moléculas, otros iones," agregó Neal. "Podemos estudiar cómo estos iones interactúan con estas jaulas en las que están. La investigación fundamental es la comprensión de como los iones entran y qué hacen una vez que estén dentro porque están atascados allí."
Cuando los cúmulos se forman, cada uno contiene 20 a 60 átomos de uranio, "por lo que podemos extraer en su totalidad manojos en lugar de uno en uno," dijo Nyman. "Es un enfoque eficiente de átomo".
Las técnicas de separación existentes requieren dos moléculas de extracción para cada ion de uranio, mientras que la técnica de OSU requiere menos de una molécula de extracción por ion.
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