פותח חומר לניקוי מים מתוצרי פסולת גרעינית

חוקרים מהאוניברסיטה העברית פיתחו חומר המסוגל לקשור את האיזוטופ הרדיואקטיבי ‘צזיום 137’ בתוך מים, ובכך לטהר אותם. איזוטופ רעיל זה הופיע לאחר הפיצוץ הגרעיני בצ’רנוביל והאסון בפוקושימה. החומר החדש יעיל, קל להכנה ולא דורש השקעה כלכלית מרובה

אחת הבעיות הגדולות בעבודה עם חומרים רדיואקטיביים היא זיהום של קרקע ומים בפסולת רדיואקטיבית. פסולת זו פולטת קרינה מסוכנת גם בכמויות מזעריות, והטיפול בה מסובך ויקר. אחד מתוצרי הלוואי של הביקוע הגרעיני של אורניום הוא האיזוטופ הרדיואקטיבי ‘צזיום 137’, הדומה מאוד בתכונותיו לאשלגן, ולו זמן מחצית חיים של כ-30 שנה. ‘צזיום 134′ מסוגל להיספג בעצמות ובשרירים, והוא הופיע בסביבות העיר היפנית פוקושימה לאחר האסון הגרעיני שאירע בשנת 2011 והשתחרר לאוויר בפיצוץ הגרעיני בצ’רנוביל שבאוקראינה, אז חדר איזוטופ זה לעשב שהפרות אכלו והזיהום הרדיואקטיבי הצטבר בחלב שלהן.

למעשה, רק מחצית מהחומר יתפרק לאחר 30 שנה, כשהוא ממשיך להוות מזהם מסוכן אשר פולט קרינה לאורך עשרות שנים. בנוסף, מלחי הצזיום, כמו מלחי הנתרן והאשלגן, מסיסים מאוד במים ואינם נוטים להגיב עם חומרים רבים, דבר שמקשה על טיהור של מים מזיהומי צזיום. קיימים אומנם מגיבים כימיים אחדים המסוגלים לקשור מלחי צזיום מתמיסות מימיות ולשקע אותם, אך הם יקרים והשימוש בהם מוגבל.

עבודת המחקר בוצעה על ידי תלמידת הדוקטורט רוואל בנגיאט במעבדתו של פרופ’ יוסי אלמוג בשיתוף עם פרופ’ דני מנדלר מהמכון לכימיה באוניברסיטה העברית, ותפורסם בעיתון Chemistry a European Journal במהלך החודש הקרוב. החוקרים הצליחו לפתח חומר חדש המסוגל לקשור יוני צזיום במים, וכתוצאה מכך לשקע אותם לקומפלקס לא מסיס ויציב. תוצאות המחקר קובעות כי ניתן לערבב את החומר החדש עם מים מזוהמים בצזיום, לסנן מהם את המשקע המכיל את הזיהום וכך לטהר אותם.

ולהסבר המדעי: חומרים אורגניים קושרי מתכות אלה נקראים “ליגנדים”. הליגנד שפותח כולל מעין “כלוב” מקבוצות חמצניות המתאים ספציפית בממדיו ליון הצזיום. דבר זה מוביל ללכידה סלקטיבית של הצזיום מתוך תמיסה המכילה יונים שונים, אשר אינם מתאימים בגודלם לכלוב זה. מכיוון שבמקורות מים טבעיים ישנם סוגים רבים של יונים, העשויים להימצא בכמות גבוהה בהרבה מיון הצזיום, הסלקטיביות חשובה על מנת להוביל ללכידה ספציפית של הצזיום, מבלי להשתמש בכמויות גדולות מאוד של חומר ולשנות את הרכב המים.

תכונה חשובה נוספת של חומר האמור לסלק פסולת רדיואקטיבית הינה עמידות בקרינת גאמה. נמצא שהליגנד והקומפלקס אכן עמידים בקרינה, מה שמבטיח את יציבות המשקע לאחר לכידת הצזיום. באמצעות החומר ניתן יהיה לסלק פסולת של צזיום ממים בקלות יחסית, וכך לטפל ביעילות בזיהומי מים הנגרמים מתקלות בכורים גרעיניים.

פרופ’ אלמוג מהאוניברסיטה העברית מתאר את החומר שנמצא: “זה כעשור אנו חוקרים קבוצת חומרים המכונים ‘וזארנים’ על שום צורתם הדומה לכד (‘ואזה’ בלטינית) אשר מסוגלים לקשור יונים ומלחים שונים. במסגרת המחקר הוכנו ‘וזארנים’ רבים ונלמדו תכונותיהם, ובעיקר הפוטנציאל שלהם בתחום הכימיה האנליטית. המולקולה של אחד ה’וזארנים’, המכונה ‘מגש האלוקסן’, כללה מערך מרחבי בלתי מוכר עד כה של שש קבוצות קרבוניליות, שעל פי מיקומן במרחב ציפינו שיתאימו בדיוק לקשירה של יוני צזיום, שהם היונים החד-אטומיים הגדולים ביותר”.

עוד מסביר פרופ’ אלמוג: “ואכן, מגש האלוקסן הגיב עם יוני צזיום בתמיסות מימיות ויצר איתם קומפלקס בלתי מסיס ששקע מתוך התמיסה וניתן להפרדה קלה. מעבר לשיקוע המוצלח של יוני הצזיום, לתרכובת החדשה יתרון משמעותי – קלות ההכנה. את מגש האלוקסן ניתן להכין בניצולת גבוהה מחומרי מוצא זמינים ולא יקרים”.