Atomhulladékot tisztít az újgenerációs erőművek fűtőanyaga

Tóriumkristályokkal tisztítottak meg a súlyosan sugárzó anyagoktól egy adag atomhulladékot az Egyesült Államokban. A kristályok nanopórusai kiválóan alkalmasak e célra, és valószínűleg a tórium a megoldás az atomtemetők biztonságosabbá tételére.

Tóriumszemcsékkel vontak ki az atomerőművek használt hulladékából erősen sugárzó anyagokat, többek között technéciumot a Notre Dame Egyetem (UND) kutatói az Egyesült Államokban.

A tóriumszemcséket ugyanis az igényeknek megfelelően úgy lehet módosítani, hogy bizonyos ionokat mintegy felszívjanak. A tórium segítségével számos szennyező anyagtól lehet megtisztítani a környezetet. Az atomhulladék kevésbé szennyezővé tétele azonban az egyik leghasznosabb felhasználási terület, hiszen ez az egyik leginkább egészségre káros hulladék, melynek biztonságos tárolása rengeteg pénzbe kerül.

A tórium olcsóbb fűtőanyag, mint az urán

A tóriumot egyébként a jövő atomenergia-fűtőanyagaként is emlegetik: az atomerőművek következő generációja ezt az anyagot használná el. Eddig az Egyesült Államokban, Kanadában és Németországban épült olyan kísérleti reaktor, amivel bebizonyították a tórium alkalmasságát a célra. A várakozások szerint a tóriumos erőművek kevesebb hulladékot termelnének, és a fűtőanyaguk is olcsóbb az uránénál.

"Amikor az atomhulladékból a plutóniumot kivonják, több millió liter, szintén erősen szennyező radioaktív folyadék keletkezik. A tórium azon ritka anyagok közé tartozik, amelyekkel ki lehet szűrni és el lehet távolítani ezeket a veszélyes kémiai elemeket" - emelte ki a megoldás előnyeit Thomas Albrecht-Schmitt, az UND kutatója, a német kémiai társaság tudományos folyóiratában, az Angewande Chemie nemzetközi kiadásában megjelent tanulmány társszerzője.

Jelenleg az agyag számít a legjobb megoldásnak a radioaktív ionok kiszűrésére. A sugárzó ionoknak enyhén pozitív a töltése, míg az agyagnak enyhén negatív, így a radioaktív hulladékból ez utóbbiba áramlanak át az ionok. Az így felhasznált agyagot ezután biztonságosan el lehet temetni egy atomtemetőben, például egy már kimerült sóbányában.

Forrás: AFP

Javítják a Digueville-i atomtemetőt Franciaországban, Le Havre kikötője környékén.
A helyszínen mintegy 930 ezer tonna hulladékot tárolnak

A módszer hátránya éppen az, hogy az agyaggal nagyon jó hatásfokon lehet atomhulladékot tisztítani: az erősen bétasurgárzó uránium mellett az anyag magába építi a kevésbé káros nitrátionokat is. Hogyha viszont a hulladék kevésbé veszélyes és inkább veszélyes anyagait külön lehetne tárolni, az atomtemetőket fenntartó államoknak és általában az atomenergia-iparnak egyaránt jelentős összegeket spórolhatna meg.

Hogy mennyit lehetne spórolni, az még bizonytalan. A tóriumos hulladéktisztítást egyelőre csak ellenőrzött, laboratóriumi körülmények között tesztelték - így a mintából a technécium 70 százalékát sikerült kivonni.

Tóriummal szigetelnék az eltemetett atomhulladékot

A tóriumkristályok méretének, alakjának és töltésének optimizálásával Albrecht-Schmitt becslései szerint a technécium 90 százalékáig lehetne feltornászni a módszer hatékonyságát. A tesztelés újabb fordulóját a Savannah River Nemzeti Laboratórium (SRNL) fogja lefolytatni Dél-Karolinában, így remélhetőleg választ kapunk arra a kérdésre, mennyire gazdaságos a tóriumos hulladékkezelés. A SRNL az amerikai Energiaügyi Minisztérium alkalmazott kutatási laboratóriuma.

"A tóriumot tömítőanyagként lehet használni arra, hogy csökkentsük az esélyét a szivárgásnak az atomtemetőkben" - mondta a Discovery Newsnak David Hobbs, a SRNL kutatója. A tóriumos tisztítás hátránya, hogy jelenleg csak a folyadékban oldott ionokat lehet így kiszűrni.

A tóriumkristályok sószemcsékre emlékeztetnek. Mikor egy pohárnyit beleöntenek a folyékony halmazállapotú radioaktív hulladékba, a kristályok színe a "begyűjtött" ionoknak megfelelően változik meg. A krotmát sárgás-narancssárgára színezi a kristályokat, de a legszebb a mérgező pertechnetát, ami a lila egyik különösen tetszetős árnyalatára színezi át a tóriumot.

A kutatók tóriumborát kristályokat használtak a kísérletben. A kristálynak nyolc lapja van, úgy néz ki, mint két piramis, a talpuknál egymáshoz ragasztva. A kristály mind a nyolc oldalát több milliárd, ovális alakú pórus borítja, melyek nyílása egy nanométernél is szűkebb (vagyis egy milliméter egymilliomod részénél kisebb).

Pontosan a pórusok apró mérete miatt szűri ki a veszélyes, pozitív ionokat a tóriumkristály. A módszer azért is működik, mert a kristály pórusainak gyenge negatív töltése vonzza a kismértékben pozitív töltésű fémionokat - pontosan ez teszi az anyagot olyan különlegessé.

A Notre Dame kutatói a periódusos rendszerben egyedül a tóriumot találták ilyennek. A kristály előállításának folyamata úgy zajlott, hogy a kutatók 220 Celsius-fokra hevítettek tóriumot és bórsavat, majd vízzel távolították el a fölösleges savat, és összegyűjtötték a lombik alján keletkezett kristályokat.