نیوزویز – محققان آرگون در حال مطالعه چگونگی دستکاری ذرات پلوتونیوم در مخلوط زباله های پیچیده در هانفورد هستند. هدف: تمیز کردن هانفورد سریعتر و ارزان تر شود.
محققان آزمایشگاه ملی آرگون (DOE) وزارت انرژی ایالات متحده در حال بررسی جزئیات شیمی پلوتونیوم برای کمک به پاکسازی سایت هانفورد در ایالت واشنگتن هستند. هانفورد یک سایت 580 مایل مربعی است که در طول جنگ جهانی دوم برای تولید پلوتونیوم برای برنامه دفاعی آمریکا تاسیس شد. این سایت مقدار زیادی زباله تولید می کند که برخی از آنها برای انسان و محیط زیست خطرناک است.
پروژه پلوتونیوم Argonne – با همکاری دانشگاه کلمسون – توسط یک جایزه 3.9 میلیون دلاری از دفتر مدیریت محیط زیست DOE پشتیبانی می شود. اخیرا DOE اختصاص داده مجموعاً 27 میلیون دلار برای 13 پروژه به رهبری شش آزمایشگاه ملی برای تسریع پاکسازی زباله هانفورد.
ما می خواهیم این توانایی را داشته باشیم که به ذرات پلوتونیوم بگوییم چگونه رفتار کنند. با این قابلیت می‌توانیم تمیز کردن مخزن را ساده‌تر و سریعتر و ارزان‌تر کنیم. – ریچارد ویلسون، شیمیدان آرگون
نیاز فوری به فناوری‌های تمیزکننده نوآورانه
از سال 1944 تا 1990، راکتورهای هسته ای هانفورد پلوتونیوم تولید کردند تا از تولید سلاح های هسته ای پشتیبانی کنند. در سال 1990، DOE یک ابتکار بزرگ را برای پاکسازی زباله های رادیواکتیو و سایر زباله های خطرناک ایجاد شده توسط این تلاش ها آغاز کرد. ابتکار عمل امروز ادامه دارد. اخیرا DOE استقبال مینماید که کل پاکسازی سایت ممکن است بین 293 تا 634 میلیارد دلار هزینه داشته باشد و چندین دهه طول بکشد.
زباله هانفورد شامل 54 میلیون گالن مخلوطی از مایعات، لجن و نمک است که در 177 مخزن بزرگ زیرزمینی ذخیره شده است. برخی از تانک ها به داخل زمین نشت می کنند. این بدان معناست که زباله ها به طور بالقوه می توانند به رودخانه کلمبیا نزدیک شوند. در نتیجه، نیاز فوری به تصفیه و دفع زباله وجود دارد.
جوایز اخیر DOE به آزمایشگاه های ملی به دنبال ایجاد پیشرفت های علمی است که به طور قابل توجهی زمان و هزینه پاکسازی مخزن را کاهش می دهد. مطابق با گوزنتحقیق، توسعه و استقرار فناوری های نوآورانه می تواند به طور بالقوه تا 150 میلیارد دلار در هزینه های پاکسازی مخزن صرفه جویی کند و زمان بندی پاکسازی را تا 20 سال کاهش دهد.
چالش: جداسازی مواد رادیواکتیو از مخلوط زباله
بخش کوچکی از مواد تشکیل دهنده زباله تانک را مواد رادیواکتیو تشکیل می دهند. این مواد رادیواکتیو باید از مخلوط جدا شده، در شیشه بی حرکت شوند و به طور دائم در یک مخزن زیرزمینی دفن شوند. چالش توسعه راهبردهای «پیش تصفیه» برای حذف انتخابی ترکیبات رادیواکتیو است. چنین پیش تصفیه می تواند زمان و هزینه دفع زباله را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.
خبر خوب این است که ماده ای به نام سیلیکوتینانات کریستالی (CST) در فیلتر کردن سزیم بسیار پرتوزا از زباله های مخازن موثر است. سزیم یک عنصر است و نوع رادیواکتیو آن اغلب در راکتورهای هسته ای تولید می شود. استفاده از CST پتانسیل کاهش قابل توجه هزینه های پاکسازی را دارد. با این حال، پلوتونیوم رادیواکتیو تمایل دارد به CST نیز بچسبد. پلوتونیوم عمر بسیار طولانی تری دارد رادیواکتیویته نسبت به سزیم و باید به گونه ای متفاوت درمان و دفع شود. این بدان معناست که پلوتونیوم باید جدا از سزیم و CST نگهداری شود.
تیم Argonne در حال کشف چگونگی حل این چالش است. رویکرد او به دست آوردن درک عمیقی از نحوه تأثیرگذاری بر خواص شیمیایی پلوتونیوم است.
ریچارد ویلسون، شیمیدان Argonne و محقق اصلی پروژه تحقیقاتی با بودجه DOE می گوید: «از آنجایی که تولید پلوتونیوم در هانفورد از فرآیندهای شیمیایی مختلف استفاده می کند، زباله های مخازن بسیار پیچیده است. “خواص شیمیایی زباله به خوبی درک نشده است. ما قصد داریم این را از طریق آزمایش های علمی دقیق تغییر دهیم.
مقدمه ای بر رفتار پلوتونیوم
این پروژه بر اساس تحقیقات قبلی Argonne است که نشان می دهد پلوتونیوم موجود در مخازن به شکل اکسید پلوتونیوم است. علم نانو” href=”https://www.anl.gov/science-101/علم نانو” target=”_blank”>نانوذرات. نکته مهم این است که این تلاش کشف کرد که شیمی سطح نانوذرات را می توان دستکاری کرد.
تیم ویلسون اکنون در حال بررسی چگونگی برهمکنش نانوذرات با زباله‌های اطراف و CST و نحوه کنترل این برهم‌کنش‌ها است.
“ما در حال بررسی سوالاتی هستیم مانند این که نانوذرات با چه موادی واکنش نشان می دهند؟ آیا نانوذرات در خوشه‌ها جمع می‌شوند؟ ویلسون گفت: چقدر پایدار هستند؟
بخش مهمی از تحقیقات، مطالعه شیمی نانو ذرات تحت شرایط شیمیایی منحصر به فرد زباله‌های مخزن است. بر اساس بینش‌های حاصل از این آزمایش‌ها، تیم می‌تواند شیمی ذرات را طوری دستکاری کند که ترجیحاً به برخی مواد بچسبند اما به برخی دیگر نچسبند. این رویکرد به تیم اجازه می دهد تا یک استراتژی پیش تصفیه ایجاد کند که مانع از پیوستن پلوتونیوم به CST شود.
ویلسون گفت: «ما می‌خواهیم این توانایی را داشته باشیم که به ذرات پلوتونیوم بگوییم چگونه رفتار کنند. با این قابلیت می‌توانیم تمیز کردن زباله‌های مخزن را ساده‌تر و سریعتر و ارزان‌تر کنیم.»
آزمایشگاه ملی آرگون به دنبال راه حلی برای مشکلات مبرم ملی در علم و فناوری است. اولین آزمایشگاه ملی کشور، Argonne، تحقیقات پایه و کاربردی پیشرو را در تقریباً هر رشته علمی انجام می دهد. محققان Argonne از نزدیک با محققین صدها شرکت، دانشگاه و سازمان های فدرال، ایالتی و شهرداری همکاری می کنند تا به آنها کمک کنند تا مشکلات خاص خود را حل کنند، رهبری علمی آمریکا را ارتقا دهند و کشور را برای آینده ای بهتر آماده کنند. با کارکنان بیش از 60 کشور، Argonne توسط مدیریت می شود UChicago Argonne, LLC برای دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده.
دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده بزرگترین حامی تحقیقات پایه در علوم فیزیکی در ایالات متحده است و برای رسیدگی به برخی از مهم ترین چالش های زمان ما کار می کند. برای اطلاعات بیشتر مراجعه کنید https://energy.gov/scence.
