Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) forskare och medarbetare föreslog en ny mekanism genom vilken kärnavfall kan spridas i miljön.

De nya fynden, som involverar forskare vid Penn State och Harvard Medical School, har konsekvenser för kärnavfallshantering och miljökemi. Forskningen publiceras i Journal of the American Chemical Society .

"Denna studie avser ödet för kärnämnen i naturen, och vi snubblade på en tidigare okänd mekanism genom vilken vissa radioaktiva element kan spridas i miljön, "sa LLNL -forskaren och huvudförfattaren Gauthier Deblonde." Vi visar att det finns molekyler i naturen som inte beaktades tidigare, särskilt proteiner som "lanmodulin" som kan ha en stark inverkan på radioelement som är problematiska för hantering av kärnavfall, som americium, curium, etc."

Tidigare och nuvarande kärnteknisk verksamhet (energi, forskning, vapentester) har ökat brådskan för att förstå beteendet hos radioaktiva material i miljön. Kärnavfall som innehåller aktinider (t.ex. plutonium, americium, curium, neptunium ...) är särskilt problematiska eftersom de förblir radioaktiva och giftiga i tusentals år.

Dock, mycket lite är känt om den kemiska formen av dessa grundämnen i miljön, tvingar forskare och ingenjörer att använda modeller för att förutsäga deras långsiktiga beteende och migrationsmönster. Än så länge, dessa modeller har bara övervägt interaktioner med små naturliga föreningar, mineralfaser och kolloider, och effekten av mer komplexa föreningar som proteiner har i stort sett ignorerats. Den nya studien visar att en typ av protein som är riklig i naturen väsentligt utmanar molekyler som forskare tidigare ansåg vara de mest problematiska när det gäller aktinidmigration i miljön.

"Den senaste upptäckten att vissa bakterier specifikt använder sällsynta jordartsmetaller har öppnat nya områden inom biokemi med viktiga tekniska tillämpningar och potentiella konsekvenser för aktinidgeokemi, på grund av kemiska likheter mellan de sällsynta jordartarna och aktiniderna ", sa Joseph Cotruvo Jr., Penn State biträdande professor och motsvarande författare på tidningen.

Proteinet som kallas lanmodulin är ett litet och rikligt protein i många bakterier som använder sällsynta jordartsmetaller. Det upptäcktes av Penn State -medlemmarna i teamet 2018. Medan Penn State- och LLNL -teamet har studerat i detalj hur detta anmärkningsvärda protein fungerar och hur det kan appliceras för att extrahera sällsynta jordarter, proteinets relevans för radioaktiva föroreningar i miljön var tidigare outforskat.

"Våra resultat tyder på att lanmodulin, och liknande föreningar, spela en viktigare roll i kemin av aktinider i miljön än vi kunde ha föreställt oss, "sa LLNL -forskaren Annie Kersting." Vår studie pekar också på den viktiga roll som selektiva biologiska molekyler kan spela i de differentiella migrationsmönstren för syntetiska radioisotoper i miljön. "

"Studien visar också för första gången att lanmodulin föredrar aktinidelementen framför andra metaller, inklusive de sällsynta jordartsmetallerna, en intressant egenskap som kan användas för nya separationsprocesser, "sa LLNL -forskaren Mavrik Zavarin.

Sällsynta jordartsmetallers biokemi är ett mycket nytt område som Penn State och LLNL har hjälpt till att pionjera, och det nya arbetet är det första som undersöker hur aktinidernas miljökemi kan kopplas till naturens användning av sällsynta jordartsmetaller. Lanmodulins högre affinitet för aktinider kan till och med innebära att organismer som använder sällsynta jordarter som är allestädes närvarande i naturen företrädesvis kan införliva vissa aktinider i sin biokemi, enligt Deblonde.