Um novo método desenvolvido no Laboratório Nacional de Oak Ridge prova que o lixo de um esforço é o isótopo valioso de outro.

Um dos subprodutos do programa nacional de produção de plutônio-238 do laboratório do Departamento de Energia é o promécio-147, um isótopo raro usado em baterias nucleares e para medir a espessura de materiais.

É difícil e caro descartar resíduos contendo elementos radioativos que sobraram após os alvos de neptúnio-237 serem irradiados no reator de isótopo de alto fluxo, uma instalação de usuário do DOE Office of Science, para produzir Pu-238 para exploração espacial. Mas no ano passado, um novo projeto ORNL para o Programa de Isótopos DOE começou a minerar Pm-147 dos produtos de fissão deixados quando Pu-238 é separado do alvo.

O objetivo principal deste esforço é restabelecer a produção nacional de Pm-147, que está em falta, e tem um benefício colateral:reduzir as concentrações de elementos radioativos nos resíduos, para que possa ser descartado com segurança de forma mais simples, formas menos dispendiosas agora e no futuro.

"No processo de recuperação de um produto valioso que o Programa de Isótopos DOE deseja, percebemos que podemos reduzir nossos custos de descarte, "disse Richard Mayes do ORNL, líder do grupo para Pesquisa de Isótopos Emergentes. "Existe alguma sinergia."

Pm-147 não é o único metal valioso no fluxo de resíduos de produção de Pu-238 que é de interesse para o Programa de Isótopos DOE, mas é a primeira equipe de Mayes extraída com sucesso. Susan Hogle, da ORNL, escreveu a proposta original para extrair resíduos de Pm-147 de Pu-238 e fornece suporte computacional detalhando os isótopos potenciais presentes na solução, e Mayes tem trabalhado com Lætitia Delmau, líder de grupo interino do Grupo de Ciências de Separações Radioquímicas em ORNL, para desenvolver um processo para extraí-lo e purificá-lo.

"Atualmente, somos os únicos produtores de Pm-147 nos EUA, e há um mercado para isso, "Mayes disse. A pesquisa indica que pode ter aplicações adicionais em imagens médicas e como um radioisótopo para gerar energia para sondas espaciais.

Embora o Programa de Fornecimento de Pu-238 seja financiado pela NASA e gerenciado pelo Escritório de Energia Nuclear do DOE, a recuperação de Pm-147 é financiada pelo DOE Isotope Program dentro do DOE's Office of Science.

ORNL também está desenvolvendo pesquisas para o Programa de Isótopos DOE, no qual o neodímio-146 é irradiado no Reator de Isótopo de Alto Fluxo, ou HFIR para fazer Pm-147. Este processo forneceria uma nova alternativa, fortalecimento da cadeia de abastecimento nacional para este importante isótopo, e mitigar a dependência dos EUA de um único fornecimento estrangeiro.

Os esforços da equipe de Mayes estão ligados ao cronograma de produção do Pu-238, que atualmente está entre dois e quatro ciclos de processamento por ano. Eles estimam que haja cerca de centenas de curies de Pm-147 em cada lote. Trabalhar em turnos ininterruptos por vários dias, a equipe usa células quentes no Centro de Desenvolvimento de Engenharia Radioquímica do ORNL, ou REDC, para isolar um lote concentrado de Pm-147 da solução de subprodutos de Pu-238.

Esse lote é então transferido para uma caverna protegida - um tipo menor de célula quente - no REDC, onde é purificado e preparado para envio aos clientes do programa de isótopos DOE. O processo envolve alguns meses de esforço e cerca de 20 pessoas.

A equipe passará o próximo ano demonstrando se a recuperação de Pm-147 de subprodutos de Pu-238 é sustentável. Se então, o projeto deve crescer junto com o programa Pu-238. O objetivo do laboratório é produzir Pu-238 suficiente para render 1,5 kg anualmente de óxido de plutônio, para atender às demandas da NASA para viagens ao espaço profundo. Óxido de plutônio produzido por ORNL está a bordo do Perseverance rover agora explorando Marte.

Delmau, que se especializou em separações radioquímicas, disse que Pm-147 é um de cerca de uma dúzia de elementos restantes após o processamento de Pu-238, e isolar elementos individuais dá trabalho.

"A separação dos lantanídeos uns dos outros e dos actinídeos trivalentes tem sido um desafio por décadas, "disse ela." Quando os elementos têm as mesmas propriedades químicas, pode ser muito difícil escolher um. "

No momento, Pm-147 é o único isótopo sendo coletado do fluxo de resíduos, mas um benefício colateral importante do projeto, em última análise, poderia ser uma redução substancial na quantidade de material transurânico que o laboratório deve descartar. Mayes disse que os esforços bem-sucedidos com o Pm-147 podem levar à extração de outros materiais no ORNL.

"Temos um fluxo de resíduos que contém produtos valiosos - produtos que podem ter muitos usos, "disse ele." Nossos laboratórios nacionais têm os recursos e a experiência para isolá-los com segurança e eficiência. "