Wake Forest fysikprofessor Timo Thonhasuer pratar med postdoktor Stephanie Jensen om deras forskning om fångst av radioaktivt avfallsmaterial i kärnkraftverk. Kredit:WFU / Ken Bennett
En ny metod för att fånga upp radioaktivt avfall från kärnkraftverk är billigare och effektivare än nuvarande metoder, en potentiell välsignelse för energiindustrin, enligt ny forskning publicerad i tidskriften Naturkommunikation .
"Vår fångningsmetod överträffar överlägset alla nuvarande tekniker och kan förändra landskapet för energiproduktion över hela världen, "sa Timo Thonhauser, Wake Forest University beräkningsfysiker i forskargruppen.
Den nya molekylära fällan, ett metall-organiskt ramverk (MOF) som kallas MIL-101-Cr, utvecklades av forskare under ledning av Jing Li vid Rutgers University, analyserad av Thonhausers labb i Wake Forest och mätt av forskare i Yves Chabals labb vid University of Texas-Dallas.
Denna unika MOF tar bort nästan all radioaktiv jodid från använda kärnbränslestavar. Regler i USA kräver att upparbetningsanläggningar skrubbar 99,967 procent av radioaktiva jodider från stavarna. MIL-101-Cr MOF tar bort 99,979-99,984 procent.
MOF är en relativt ny klass av material där metallhörn är förbundna med en organisk länk.
"Det blir ett helt ramverk med tomt utrymme i mitten, Thonhauser förklarade. "Det ser ut som en svamp."
Genombrottet kom när forskarna på Rutgers fäste "grabbers" till metallhörnen på deras MOF, skapa MIL-101-Cr, en industriell adsorbent som är mycket bra på att fånga en särskild biprodukt från kärnkraftsproduktion - radioaktiv jodid. Detta ämne har kopplats till cancer hos människor.
Processen att aktivera en molekylär fälla av metall-organisk ram med en tertiär amin (steg #1), fånga upp radioaktiv metyljodid (steg #2) och återvinna en fälla genom att behandla den med syra (steg #3). Kredit:Benjamin Deibert/Rutgers University-New Brunswick
Som forskargruppens beräkningsfysiker, Thonhauser, med postdoktorand Stephanie Jensen, körde teoretiska tester av MOF med hjälp av en superdator. Deras syfte var att avgöra varför och hur fällan fungerar så att den kan förbättras i ytterligare tester.
Faktiskt, denna MOF är tre till fyra gånger bättre än den nuvarande industriella adsorbenten som används av kärnkraftverk. Det är också billigare, eftersom den inte förlitar sig på en ädelmetall som silver för att bilda hörnen.
Två typer av burar i kristallstrukturen av det metallorganiska ramverket, MIL-101-Cr. De gula sfärerna representerar porutrymmet för att fånga upp radioaktiva jodider och har diametrar på 29 och 34 ångström, respektive. En ångström är en 10 miljondels millimeter. Upphovsman:Hao Wang/Rutgers University-New Brunswick
Bara det faktum skulle kunna spara på bränslekostnader runt om i världen. En rapport från 2015 från World Nuclear Association rankade kostnaden för kärnkraft i USA lägre än kol men högre än naturgas.
