חומר חדשני לניקוי פסולת גרעינית

בדומה לצמחים אוכלי בשר, חומר חדשני, שפותח באוניברסיטת נורת'ווסטרן, לוכד לצמיתות רק את טרפו הרצוי – היון הרדיואקטיבי צזיום, ולא יונים אחרים בלתי-מזיקים, כגון נתרן

בדומה לצמחים אוכלי בשר, חומר חדשני, שפותח באוניברסיטת נורת'ווסטרן, לוכד לצמיתות רק את טרפו הרצוי – היון הרדיואקטיבי צזיום, ולא יונים אחרים בלתי-מזיקים, כגון נתרן.

החומר הסינתטי, המורכב משכבות של תרכובת גליום (gallium), גופרית ואנטימון (antimony), בררני ביותר. החוקרים מצאו כי הוא יעיל מאוד בהרחקת החומר צזיום – המצוי בפסולת גרעינית ובעייתי לניקוי – מתוך תמיסה מרוכזת של יוני נתרן (בתמיסה היו ריכוזים הדומים לאלו המצויים בפסולת גרעינית נוזלית ממשית).

למעשה, זהו הצזיום עצמו האחראי לשינוי מבני בחומר, שינוי אשר גורם לו לפתוח חרירים, או חלונות, וללכוד דרכם את יוני הצזיום. החומר החדש הצליח להרחיק מאה אחוזים מכמות יוני הצזיום בתמיסה הנבדקת תוך הימנעות מלאה מלכידת יוני הנתרן. ממצאי המחקר פורסמו בכתב-העת המדעי Nature Chemistry.

“באופן אידיאלי אנו מעוניינים לרכז את החומר הרדיואקטיבי בנפרד ולטפל בו כראוי ולזרוק את המים הלא-רדיואקטיביים,” הסבירו החוקרים. “משפחת חומרים חדשה זו, המנצלת את המנגנון שבו משתמשים צמחים אוכלי חרקים, תוכל להוביל לפריצת דרך משמעותית במחזור פסולת גרעינית.”

לכידה בלעדית של צזיום מתוך כמויות גדולות של פסולת גרעינית נוזלית דומה למציאת מחט בערמת שחת. בפסולת קיים ריכוז גבוה יותר של נתרן יחסית לצזיום, עם יחס הגבוה מאלף לאחד. הקושי להגיע לבררנות שכזו הוא הסיבה למצב הנוכחי, שבו אין פתרון טוב להרחקת צזיום.

החומר החדשני נקבובי, והאטומים שלו מאורגנים במתכונת פתוחה ושכבתית עם “חלונות” רבים המסייעים בחילוף-יונים מהיר. בתחילה, קטיונים אורגניים נוכחים בחומר; כאשר החומר בא במגע עם הנוזל, הקטיונים “עוזבים” את החומר דרך החלונות, ויוני הצזיום מחליפים אותם. בסופו של דבר, החומר מכיל יוני צזיום בלבד ללא קטיונים אורגניים.

מנגנון זה מתרחש מאחר וחומרים “רכים” נוטים להגיב עם חומרים מאותו הסוג. יון צזיום הינו נפחי ו”רך” וכך גם החומר החדש, המכיל מתכת וגופרית. יוני הצזיום נמשכים לחומר, במיוחד לאטומי הגופרית, ויוצרים עימם קשרים חלשים. תגובה זו גורמת לחומר לשנות את מבנהו, לסגור את החלונות שלו ובכך ללכוד את יוני הצזיום – כמו חרק עסיסי הנלכד בצמח טורף חרקים. יוני נתרן, “העטופים” בפרודות מים, מאידך, אינם יכולים לעורר את התגובה הזו.

בתחילה, צוות החוקרים בכלל בחן מבנים שונים של החומר בכדי לבדוק את פעילותו כמחליף-יונים. “כאשר ראינו את החלונות נסגרים – הדבר היה מפתיע לחלוטין,” מציין החוקר הראשי. “ציפינו לקבל חילוף-יונים – לא ציפינו שהחומר יגיב באופן דינאמי שכזה. זה הוביל אותנו להתמקד במנגנון חדש.”

הידיעה מהאוניברסיטה