O reprocessamento do combustível nuclear usado pode se tornar mais seguro e eficiente no futuro, depois que os pesquisadores encontrarem uma maneira de modificar a estrutura das moléculas para remover materiais radioativos.

A pesquisa foi publicada em uma edição recente do influente Chemistry — A European Journal e é descrita pelos editores da revista como sendo de grande importância.

A operação de reprocessamento

A energia nuclear oferece um ambiente limpo, fonte de eletricidade de baixo carbono e está se tornando uma parte crescente do fornecimento de energia em muitos países em todo o mundo. Cerca de 10% da eletricidade mundial é produzida por energia nuclear. Contudo, as usinas nucleares precisam de combustível para produzir eletricidade e esse combustível se torna menos eficiente com o tempo, e precisa ser substituído após aproximadamente cinco anos.

O combustível irradiado ainda é altamente radioativo e gera grandes quantidades de calor. Antes de ser reprocessado ou descartado, precisa ser submerso em tanques de resfriamento especializados sob mais de 12 metros de profundidade. A água fornece proteção contra a radioatividade e é continuamente resfriada para remover o calor intenso das barras de combustível.

Leva mais de um ano para as barras de combustível esfriarem até o ponto em que possam ser reprocessadas para remover os elementos de urânio e plutônio, que pode então ser reutilizado como combustível.

Contudo, os elementos americium, cúrio e neptúnio, que são chamados de actinídeos menores, ainda estão presentes e produzem a maior parte do calor e da radioatividade do combustível irradiado restante. Além disso, esses elementos permanecem altamente radioativos por aproximadamente 9, 000 anos, o que torna o armazenamento a longo prazo e o descarte de combustível irradiado extremamente difíceis de gerenciar com segurança.

Se esses elementos radioativos prejudiciais pudessem ser removidos, isso melhoraria significativamente a segurança e a sustentabilidade da energia nuclear, porque o combustível irradiado restante permaneceria radioativo por aproximadamente 300 anos, que é um período de tempo muito mais gerenciável.

Modificando as moléculas

Moléculas chamadas triazinas são capazes de remover ou extrair esses elementos nocivos do combustível nuclear gasto de uma forma altamente seletiva, e já são conhecidos há algum tempo. Os pesquisadores procuraram descobrir como a modificação de uma determinada parte dessas moléculas poderia influenciar sua capacidade de se ligar e extrair esses actinídeos menores em nível molecular. O conhecimento e os insights obtidos podem ser explorados para projetar melhor, moléculas mais eficientes para o reprocessamento de combustível nuclear usado no futuro.

Os pesquisadores mudaram o tamanho dos anéis alifáticos nas moléculas de referência estabelecidas de anéis de 6 membros para anéis de 5 membros. Eles descobriram que essa mudança pequena, mas sutil, teve efeitos inesperados sobre a eficiência com que essas moléculas se ligam e extraem os actinídeos menores em comparação com as moléculas de referência. As razões exatas para esses efeitos foram então determinadas em nível molecular, usando uma série de técnicas experimentais.

Dr. Frank Lewis, O professor sênior de química orgânica do Departamento de Ciências Aplicadas da Universidade de Northumbria disse:"As descobertas são significativas, pois podem permitir que moléculas melhores sejam projetadas de forma mais racional, em vez de simplesmente por tentativa e erro.

"O conhecimento e as percepções que ganhamos com o ajuste da parte alifática cíclica dessas moléculas podem abrir caminho para o projeto racional de ligantes seletivos de actinídeos aprimorados para o reprocessamento de combustíveis nucleares usados. Modificar essas moléculas de diferentes maneiras para melhorar suas propriedades de extração pode tornar o futuro reprocessamento mais eficiente e pode ser essencial se eles forem usados ​​industrialmente no futuro.

“Acreditamos que esses resultados são de grande importância para a área de energia nuclear, e isso foi confirmado pelo painel que revisou o artigo antes da publicação. "