Un nuovo metodo sviluppato all'Oak Ridge National Laboratory dimostra che la spazzatura di uno sforzo è il prezioso isotopo di un altro.

Uno dei sottoprodotti del programma nazionale di produzione di plutonio-238 del Dipartimento dell'Energia è il promezio-147, un raro isotopo utilizzato nelle batterie nucleari e per misurare lo spessore dei materiali.

È difficile e costoso smaltire i rifiuti contenenti elementi radioattivi rimasti dopo che i bersagli di nettunio-237 sono stati irradiati nel reattore ad isotopi ad alto flusso, una struttura utente DOE Office of Science, per produrre Pu-238 per l'esplorazione dello spazio. Ma l'anno scorso, un nuovo progetto ORNL per il DOE Isotope Program ha iniziato a estrarre il Pm-147 dai prodotti di fissione rimasti quando il Pu-238 viene separato dal bersaglio.

L'obiettivo principale di questo sforzo è ripristinare la produzione nazionale di Pm-147, che scarseggia, e ha un vantaggio collaterale:ridurre le concentrazioni di elementi radioattivi nei rifiuti, in modo che possa essere smaltito in sicurezza in modo più semplice, modi meno costosi sia ora che in futuro.

"Nel processo di recupero di un prodotto prezioso che il DOE Isotope Program vuole, abbiamo capito che possiamo ridurre i nostri costi di smaltimento, " ha detto Richard Mayes di ORNL, capogruppo per la ricerca sugli isotopi emergenti. "C'è una certa sinergia".

Il PM-147 non è l'unico metallo prezioso nel flusso di rifiuti di produzione Pu-238 che è di interesse per il DOE Isotope Program, ma è la prima squadra di Mayes che è stata estratta con successo. Susan Hogle di ORNL ha scritto la proposta originale per estrarre Pm-147 dai rifiuti Pu-238 e fornisce supporto computazionale che dettaglia i potenziali isotopi presenti nella soluzione, e Mayes ha lavorato con Lætitia Delmau, capogruppo ad interim per il gruppo scientifico delle separazioni radiochimiche presso l'ORNL, sviluppare un processo per estrarlo e purificarlo.

"Attualmente, siamo gli unici produttori di Pm-147 negli Stati Uniti, e c'è un mercato per questo, Mayes ha detto. La ricerca indica che potrebbe avere ulteriori applicazioni nell'imaging medico e come radioisotopo per generare energia per le sonde spaziali.

Mentre il programma di fornitura Pu-238 è finanziato dalla NASA e gestito attraverso l'Ufficio per l'energia nucleare del DOE, il recupero di Pm-147 è finanziato dal DOE Isotope Program all'interno dell'Office of Science del DOE.

L'ORNL sta anche portando avanti la ricerca per il DOE Isotope Program in cui il neodimio-146 viene irradiato nel reattore isotopico ad alto flusso, o HFIR per fare Pm-147. Questo processo fornirebbe una nuova alternativa, rafforzare la filiera nazionale di questo importante isotopo, e mitigare la dipendenza degli Stati Uniti da un'unica fornitura estera.

Gli sforzi del team di Mayes sono legati al programma di produzione del Pu-238, che è attualmente tra due e quattro cicli di lavorazione all'anno. Stimano che ci siano circa centinaia di curie di Pm-147 in ogni lotto. Lavorando su turni 24 ore su 24 per diversi giorni, il team utilizza celle calde nel centro di sviluppo di ingegneria radiochimica di ORNL, o REDC, isolare un lotto concentrato di Pm-147 dalla soluzione di sottoprodotti di Pu-238.

Quel lotto viene quindi trasferito in una grotta schermata, un tipo più piccolo di cella calda, presso il REDC, dove viene purificato e pronto per la spedizione ai clienti del DOE Isotope Program. Il processo richiede alcuni mesi di impegno e circa 20 persone.

Il team passerà il prossimo anno a dimostrare se il recupero di Pm-147 dai sottoprodotti di Pu-238 è sostenibile. Se è così, il progetto dovrebbe crescere parallelamente al programma Pu-238. L'obiettivo del laboratorio è produrre abbastanza Pu-238 per produrre 1,5 chilogrammi all'anno di ossido di plutonio, per soddisfare le richieste della NASA per i viaggi nello spazio profondo. L'ossido di plutonio prodotto dall'ORNL è a bordo del rover Perseverance che sta esplorando Marte.

Delmau, specializzato in separazioni radiochimiche, detto Pm-147 è uno dei circa una dozzina di elementi rimasti dopo l'elaborazione di Pu-238, e isolare i singoli elementi richiede lavoro.

"La separazione dei lantanidi tra loro e dagli attinidi trivalenti è stata una sfida per decenni, " ha detto. "Quando gli elementi hanno le stesse proprietà chimiche, può essere molto difficile sceglierne uno."

Al momento, Pm-147 è l'unico isotopo raccolto dal flusso di rifiuti, ma un importante vantaggio collaterale del progetto alla fine potrebbe essere una sostanziale diminuzione della quantità di materiale transuranico che il laboratorio deve smaltire. Mayes ha affermato che gli sforzi di successo con Pm-147 possono portare all'estrazione di altri materiali all'ORNL.

"Abbiamo un flusso di rifiuti che contiene prodotti di valore, prodotti che potrebbero avere molti usi, " ha detto. "I nostri laboratori nazionali hanno le risorse e l'esperienza per isolarli in modo sicuro ed efficiente".