A energia nuclear é considerada uma das formas de reduzir a dependência dos combustíveis fósseis, mas como lidar com os resíduos nucleares está entre as questões que a rodeiam. Os resíduos radioativos podem ser transformados em elementos mais estáveis, mas este processo ainda não é viável em escala.



Uma nova investigação liderada por físicos da Universidade de Tóquio revela um método para medir, prever e modelar com maior precisão uma parte fundamental do processo para tornar os resíduos nucleares mais estáveis. Isto poderia levar a melhores instalações de tratamento de resíduos nucleares e também a novas teorias sobre como surgiram alguns elementos mais pesados ​​do universo.

A própria palavra “nuclear” pode ser um gatilho para algumas pessoas, o que é compreensível no Japão, onde a bomba atómica e o desastre de Fukushima são alguns dos momentos cruciais da sua história moderna. No entanto, dada a relativa escassez de espaço adequado no Japão para formas renováveis ​​de energia como a solar ou a eólica, a energia nuclear é considerada uma parte crítica do esforço para descarbonizar o sector energético.

Por causa disso, os pesquisadores estão trabalhando arduamente para tentar melhorar a segurança, a eficiência e outros assuntos relacionados à energia nuclear. O professor associado Nobuaki Imai, do Centro de Estudos Nucleares da Universidade de Tóquio, e os seus colegas pensam que podem contribuir para melhorar um aspecto fundamental da energia nuclear, o processamento de resíduos.

"Em termos gerais, a energia nuclear funciona fervendo água usando reações autossustentáveis ​​de decaimento nuclear. Elementos instáveis ​​se quebram e se decompõem, liberando calor, que ferve a água, acionando turbinas. Mas esse processo eventualmente deixa para trás resíduos inutilizáveis ​​que ainda são radioativos", disse. Imai.

"Esses resíduos podem permanecer radioativos por centenas de milhares de anos, por isso geralmente são enterrados no subsolo. Mas há um desejo crescente de explorar outra maneira, uma maneira pela qual os resíduos radioativos instáveis ​​possam se tornar mais estáveis, evitando seu decaimento radioativo e tornando-o muito mais seguro de lidar. Chama-se transmutação."

A transmutação é como o oposto da decadência nuclear; em vez de um elemento se quebrar e liberar radiação, um nêutron pode ser adicionado a um elemento instável, transformando-o em uma versão ligeiramente mais pesada de si mesmo. Dependendo da substância inicial, esta nova forma pode ser suficientemente estável para ser considerada segura.

O problema é que, embora este processo seja geralmente conhecido há algum tempo, tem sido impossível quantificar com precisão suficiente para levar a ideia à fase seguinte e, idealmente, produzir protótipos de instalações de gestão de resíduos de nova geração.

“A ideia veio, na verdade, de uma fonte surpreendente:estrelas em colisão, especificamente estrelas de nêutrons”, disse Imai. “Após observações recentes de ondas gravitacionais que emanam de fusões de estrelas de nêutrons, os pesquisadores foram capazes de compreender melhor as formas como os nêutrons interagem e sua capacidade de modificar outros elementos”.

"Com base nisso, usamos uma série de instrumentos para restringir nosso foco em como o elemento selênio, um resíduo nuclear comum, se comporta quando bombardeado por nêutrons. Nossa técnica nos permite prever como os materiais absorvem nêutrons e sofrem transmutação. Este conhecimento pode contribuir para projetos de instalações de transmutação de resíduos nucleares."

É difícil para os pesquisadores fazerem esse tipo de observação; na verdade, eles não são capazes de observar diretamente os atos de transmutação. Em vez disso, a equipa pode observar quanto de uma amostra não é transmutada e, ao fazer leituras para saber se a transmutação de facto ocorreu, pode estimar, embora com muita precisão, quanto da amostra foi transmutada.

“Estamos confiantes de que as nossas medições reflectem com precisão a taxa real de transmutação do selénio instável numa forma mais estável”, disse Imai. "Estamos agora a planear medir isto para outros produtos de resíduos nucleares. Esperamos que este conhecimento se combine com outras áreas necessárias para realizar instalações de tratamento de resíduos nucleares, e poderemos ver isso nas próximas décadas."

"Embora nossos objetivos sejam melhorar a segurança nuclear, acho interessante que exista uma relação bidirecional entre esta pesquisa e a astrofísica. Fomos inspirados pela colisão de estrelas de nêutrons, e nossa pesquisa pode impactar a forma como os astrofísicos procuram sinais de síntese nuclear, a criação de elementos nas estrelas, para entender melhor como foram produzidos os elementos mais pesados ​​que o ferro, incluindo aqueles essenciais à vida."

O trabalho está publicado na revista Physics Letters B .

Mais informações: N. Imai et al, seção transversal da reação de captura de nêutrons de 79Se através da reação 79Se(d,p) em cinemática inversa, Physics Letters B (2024). DOI:10.1016/j.physletb.2024.138470
Fornecido pela Universidade de Tóquio