6 آگوست 2020توسط Kelsey Adkisson ، آزمایشگاه ملی اقیانوس آرام شمال غربی – زنون در چارچوب فلزی-آلی (MOF) به دام می افتد ، در حالی که سایر گازها داخل و خارج می شوند. اعتبار: مایک گیپل ، NETL
دانشمندان ماده ای مقاوم در برابر تشعشع ایجاد کرده اند که جذب گازهای رادیواکتیو را که هنگام بازیافت سوخت هسته ای مصرف شده و عملکرد برخی از راکتورهای پیشرفته تولید می شود ، ایمن تر و ارزان تر می کند. فن آوری های فعلی گران هستند و این ماده جدید باعث می شود که گازهایی مانند زنون و کریپتون ، که فرآورده های حاصل از شکافت هسته ای هستند ، جذب شود. بعلاوه ، زنون غیر رادیواکتیو در دام افتاده برای استفاده در داروسازی و صنایع روشنایی تجاری مجددا قابل استفاده می باشد.
در مطالعه جدیدی که توسط دفتر انرژی هسته ای وزارت انرژی ایالات متحده تأیید شده است ، محققان روش ارزان قیمت تری برای انجام این کار پیدا کردند. تیم بین المللی یافته های خود را در این رابطه تشریح کرد.
خداحافظ: کاهش هزینه ، بدون سرمایش
جذب کارآمد گازهای بی اثر به میزان قابل توجهی در اندازه تجهیزات مورد نیاز و حجم کلی که باید تا زمان از بین رفتن رادیواکتیو ذخیره شود ، با روش گرانتر فعلی ، ضایعات از طریق یک فرآیند بزرگ ، پرهزینه و خطرناک به نام جدایی سرمازا انجام می دهد. فرآیند جدید می تواند جایگزین کرایوژنیک شود.
Praveen Thallapally ، دانشمند مواد در موسسه اقیانوس آرام گفت: “هدف این بود که زنون غیر رادیواکتیو بازیابی شود زیرا می تواند برای بیهوشی در پزشکی ، در موتورهای محرکه و روشنایی استفاده شود. حتی چراغهای کمپینگ ها از زنون استفاده می کنند. بنابراین ، استفاده های زیادی برای آن وجود دارد.” آزمایشگاه ملی شمال غربی و یکی از نویسندگان اصلی این تحقیق می گوید که برخلاف زنون ، کریپتون از ارزش تجاری کمی برخوردار است ، بنابراین هدف اصلی تفکیک آن کاهش حجم پسماندهای ایجاد شده است.
در سال 2016 ، یک تیم بین المللی از محققان ماده ای را تهیه کردند که نیاز به سرما را از بین برد و هزینه های جداسازی گاز را تقریبا 50 درصد کاهش داد. هنگامی که محققان فهمیدند چگونه زنون و کریپتون را میتوان جذب نمود ، مرحله بعدی تهیه ماده ای بود که بتواند در برابر اشعه تولید شده توسط سوخت مصرفی مقاومت کند.
در مطالعه حاضر ، محققان قطعات مختلفی را در ساختار تغییر داده و مواد جدیدی را برای جذب ساختند که در محیط رادیواکتیو پایدار است. موادی با چارچوب آلی فلزی (MOF) مانند بلوک های ساختمان مولکولی هستند که از مواد آلی و معدنی مانند فلزات ساخته شده اند. قطعات ساده را می توان با هم ترکیب کرد تا ساختارهای پیچیده ای ایجاد کنند که به صورت انتخابی ، گازهای خاص را هدف قرار دهند. در این مطالعه ، محققان فلزاتی ، مانند روی ، مس و کبالت را آزمایش کردند تا ببینند کدام ترکیب از نظر رادیواکتیو پایدارتر است.
زیدی یکی از محققان گفت: “این مواد می توانند با جداسازی کریپتون به صورت خالص از سایر گازهای غیر رادیواکتیو به کاهش حجم پسماندهای هسته ای کمک کنند. با این وجود ، برای استفاده از این مواد ، آنها برای جداسازی عملی کریپتون ، باید در برابر تابش مقاوم باشند.” الزیدی از آزمایشگاه فناوری ملی انرژی انرژی وزارت انرژی ایالات متحده و نویسنده مشترک در مورد این مطالعه است.
تنظیم دقیق جذب خارج از گاز رادیواکتیو
این علم مبتنی بر این واقعیت است که همه گازها از نظر دو شاخص با هم متفاوت هستند: چسبندگی و اندازه آنها. دانشمندان از این خواص برای تنظیم دقیق مواد که گازهای خاصی را جذب می کنند استفاده می کنند.
MOF ها مانند آب در حفره های اسفنجی جریان می یابند و دارای حفره هایی برای عبور گازها هستند. محققان می توانند سوراخ ها را بزرگ یا کوچک کنند و حتی می توانند MOF هایی را ایجاد کنند که فقط مایعات معینی از جمله مایعات با مولکول های بزرگتر را جمع می کنند.
همین ایده در فرایند دو مرحله ای برای زنون و کریپتون به کار رفته است تا گازها را جدا کنند. مرحله اول برای جذب زنون طراحی شده است ، در حالی که اتم های کریپتون کوچکتر از آن عبور می کنند. مرحله دوم کریپتون را ضبط می کند.
جو لی ، استاد علوم و مهندسی مواد در انستیتوی فناوری ماساچوست و نویسنده مشترک در این تحقیق گفت: “مقاومت در برابر اشعه MOF برای استفاده در جداسازی کریپتون با استفاده از تکنیک دو گانه ضروری است.”
MOF مقاوم در برابر اشعه که توسط تیم تحقیقاتی موسوم به SIFSIX-3-Cu ساخته شده است ، همراه با بخش های تجاری که برای حذف گازهای بی اثر از هوا برای اهداف پاکسازی یا جذب و بازگرداندن زنون کار می کنند ، کاربردهایی در صنعت هسته ای دارد.
مقاله ، “چارچوب مقاوم در برابر تشعشع فلزی و آلی امکان جداسازی کارآمد گاز شکافت کریپتون از سوخت هسته ای مصرف شده را دارد” ، در نسخه 18 ژوئن Nature منتشر شد.
