Nepovedený experiment vedl k nečekanému objevu stabilní formy plutonia  
Odborníky na jaderný odpad velmi zajímá chování aktinoidů v životním prostředí. Když studovali elektronické a strukturní vlastnosti jejich sloučenin na synchrotronu ESFR, tak najednou narazili na doposud neznámou stabilní pevnou formu plutonia.

Plutonium je radioaktivní prvek, druhý transuran a aktinoid, s atomovým číslem 94. Zároveň je to od 2. světové války nejčastěji vyráběný umělý prvek. Vyrábí se z uranu v jaderných reaktorech a používá se hlavně pro výrobu jaderných zbraní. Je použitelné i jako palivo pro jaderné reaktory i jako palivo pro radioizotopové termoelektrické generátory.


Mezinárodní tým vědců, který vedli odborníci německého výzkumného centra Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), nedávno během experimentu na synchrotronu ESRF ve francouzském Grenoblu nečekaně objevil novou formu plutonia, ve které je tento prvek v pentavalentním oxidačním stavu. Tato doposud neznámá forma plutonia je v pevném skupenství a je stabilní, přesněji řečeno je termodynamicky metastabilní. Objev okamžitě zaujal odborníky, protože by mohl vylepšit stávající postupy při zpracování a uložení radioaktivního odpadu.


Vědci a inženýři na řadě míst světa pracují na tom, aby zlepšili bezpečnost úložišť jaderného odpadu, především pokud jde o prevenci úniků radioaktivních izotopů do okolního prostředí. Dřívější výzkum ukázal, že právě plutonium může být vyplavováno podzemní vodou a přenášeno na značné vzdálenosti v koloidní formě, která vzniká reakcí plutonia s jílem, oxidy železa anebo přírodní organickou hmotou.

 

Plutonium je nejvíce vyráběným umělým prvkem. Kredit: CC0 Public Domain.
Plutonium je nejvíce vyráběným umělým prvkem. Kredit: CC0 Public Domain.

Tým vedený odborníky HZDR studoval chemii aktinoidů ve vybraných podmínkách prostředí. Postupovali tak, že syntetizovali určité sloučeniny aktinoidů a pak je studovali jejich elektronické a strukturní vlastnosti. Používali k tomu teoretické výpočty a také experimenty s rentgenovým zářením synchrotronu. V jednu chvíli se jim experiment nepovedl a najednou z toho byl průlomový objev.

 

Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), logo.
Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), logo.

Badatelé pracovali synchrotronu ESRF na beamline ROBL (Rossendorf Beamline), což je zařízení, které patří právě centru HZDR. Vytvářeli nanočástice oxidu plutonia a používali k tomu různé prekurzory. Když využili prekurzor, v němž bylo trivalentní, tetravalentní nebo pentavalentní plutonium, tak vždy pozorovali rychlou reakci. S prekurzorem, který obsahoval hexavalentní plutonium Pu(VI), jim to ale nefungovalo podle představ a reakce probíhala podivně.

 

Rossendorf Beamline (ROBL). Kredit: D. Morel / HZDR.
Rossendorf Beamline (ROBL). Kredit: D. Morel / HZDR.

Postupně vyšlo najevo, že během zmíněné reakce zřejmě vzniká doposud neznámá stabilní forma pentavalentního plutonia. Vědci tomu nejprve nechtěli věřit a považovali to za chybu v experimentu. Nakonec pomocí metody HERFD (high-energy resolution fluorescence detection) na beamline ID26 téhož synchrotronu ESRF ověřili, že takové plutonium skutečně v dané reakci vzniká. Následné experimenty a pozorování potvrdily, že pentavalentní pevné plutonium je stabilní.

 

V dnešní době se řada odborníků věnuje úvahám o tom, co se stane s jaderným odpadem za milion let. Jde o velmi náročné a komplikované odhady. Teď se ukazuje, že badatelé budou muset brát v úvahu i pentavalentní plutonium v pevné fázi. Vše nasvědčujeme tomu, že se odhady ohledně chování plutonia v řádů milionů let kvůli novému objevu změní.

Literatura
ESFR 18. 10. 2019.

Datum: 20.10.2019
Tisk článku

Tajemný vesmír - Buttlar Johannes
 
 
cena původní: 302 Kč
cena: 263 Kč
Tajemný vesmír
Buttlar Johannes
Související články:

Synchrotron odhaluje záhady betonu antického Říma     Autor: Stanislav Mihulka (17.12.2014)
Američtí vědci automatizovali výrobu jaderného paliva pro vesmírné sondy     Autor: Stanislav Mihulka (23.01.2019)
NASA zahájila plnění roveru Mars 2020 jaderným palivem     Autor: Stanislav Mihulka (26.07.2019)



Diskuze:

Co se rozumí

Pavel Nedbal,2019-10-20 19:20:58

stabilní formou? S rozpadem to asi nebude mít nic společného. Chemik používá pojem nerozpustný, lépe řečeno s vysokým součinem rozpustnosti. Ano, takto míněno?
Nemám teď na mysli fúzi, uvidíme, komu se povede, ale štěpení - mám takový pocit, že se výzkum v této oblasti nějak zaseknul.
Před drahnou řádkou let se mluvilo o reaktorech s externím zdrojem neutronů (vymlácených urychlovačem z olova), případně s tímtéž zdrojem neutronů pro štěpení odpadu, jindy zase o "prohořívacím" reaktoru, který postupně spálí U235 a postupně i U238 přes Pu239.
S rychlými plodivými reaktory taky není žádný boom. Měli bychom toho svinstva co zbyde, vyprodukovat, když to už jinak nejde, alespoň co nejmíň. Taky se mi nelíbí ukládání do horninového masivu; i kdybych věřil kvalitě kontejnerů, zbytkové teplo je tak velké a vodivost hornin tak malá, že nevěřím, že se to časem neroztaví. naopak bych věřil uložení do velmi hlubokého vrtu nad 10km, ať se to tam právě protaví až do pláště, nebo do subdukující kůry.

Odpovědět


Re: Co se rozumí

Pavel Pelc,2019-10-21 13:18:58

To, co se dnes jeví jako svinstvo, může být za pár let drahocenná surovina. Zbavit se definitivně jaderného odpadu by šlo nejen v hlubokých vrtech, ale třeba vržením do Slunce. Leč právě kvůli předpokládané budoucí hodnotě se to nedělá a budují se skladiště.

Odpovědět


Re: Re: Co se rozumí

Jiri Naxera,2019-10-21 14:18:08

Tak to nevim, vynest to zcela bezpecne na obeznou drahu je dnes celkem nemozne (uvedomme si ze soucasna spolehlivost raket je mozna "vysoka" i pro lidskou posadku, ale ne pro tuny silne zaricich sr***k).
Druha vec, jen Temelin ma vsazku 92t oxidu uraniciteho, meni se kazde 4 roky, to je 23 tun jen ciste paliva - obavam se, ze i kdyz odhledneme od bezpecnosti, tak ciste ekonomicky by vyslo levnejsi vedle postavit mnozivy reaktor a palit to tam, pripadne jeste o kus dal postavit klasickou spalovaci elektrarnu a v ni palit usetrene raketove palivo ;-) (ne, nepocital jsem to).

Odpovědět


Re: Re: Re: Co se rozumí

Vojtěch Kocián,2019-10-21 18:42:27

Nejen bezpečnost raket je problém. Nápad poslat to do Slunce je nesmyslný sám o sobě. Energeticky by bylo výhodnější to poslat mimo Sluneční soustavu (nepočítám využívání gravitačních praků). Ještě vhodnější cíl (energeticky) je třeba Jupiter a ostatně na vhodně zvolené heliocentrické dráze by to bylo taky neškodné. Případní průzkumníci by snad nebyli tak hloupí, aby si nevzali dozimetr.
Množivé reaktory (jako ostatně všechny jaderné reaktory) mají nepříjemnou vlastnost, že produkují nízkoaktivní odpad ve formě zařízení pro manipulaci z palivem a samotné reaktorové nádoby. Toho se není úplně snadné zbavit, ale zase je to většinou z materiálu, který radioaktivitu do prostředí moc neuvolňuje.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Co se rozumí

Jiri Naxera,2019-10-21 23:05:39

Tak kdyz jsme u toho sci-fi, tak snadnejsi by to bylo dostat tu hromadu srotu dost daleko od Zeme aby to nenadelalo moc skody ani na druzicich, na stranu smerem k Zemi prilepit tak 20Mt hlavici, a kdyby ta hromada nebyla moc velka aby se v ramci fireballu stacila vyparit, tak by odletela dost daleko do Vesmiru

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Co se rozumí

Pavel Nedbal,2019-10-21 23:29:11

Jejda, pane Naxero, mám obavy,že by to tak asi nemuselo moc fungovat. Fireball je vytvořen vysoce ionizovaným vzduchem okolo bomby. Ve Vesmíru to asi tak fungovat nebude, zablýskne se jen z uvolněného optického záření a z částic pláště bomby na kratičký okamžik, většina energie odletí ve formě tvrdého a částicového záření na všechny strany a materiál, který byste chtěl zlikvidovat, bude jen trochu nataven a dostane mírný impuls.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Co se rozumí

Jiri Naxera,2019-10-22 08:39:54

Taky se toho bojim, rozhodne jsem nepocital s 3km fireballem (tam to na Trinity prezily i tenke armovaci draty prestoze sel fireball az k zemi - https://www.thoughtco.com/trinity-nuclear-explosion-photos-4054183 prvni vs posledni foto), spis radove s desitkami metru, kde jeste vyparena konstrukce bomby ma dostatek energie roztavit.

Ale otazkou je, jestli by nenastala spis radiacni exploze (podobna implozi v bombe) jak pisete - natavi a vypari se prudce povrch, takze diky zachovani hybnosti dostane zbytek obrovsky kopanec, ale snad krome razove vlny ho dal nic neohriva.

Ale zase pokud se bavime o vyhorelem jadernem palivu (ze soucasnych reaktoru), tak by se dalo hypotetizovat i o dalsim scenari - z vodikoveho sekundaru se uvolni spousta rychlych neutronu, ktere by to mohly "trochu" pomoci zahrat. Asi bych si mel projit literaturu a najit tabulky, aby se to dalo aspon radove odhadnout. ;-)

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Co se rozumí

Jiri Naxera,2019-10-22 08:42:35

Oprava: ty 3km fireball mam na mysli u vodikove exploze (kterou bych pod pruhlednou zaminkou likvidace odpadu chtel odpalit na obloze), ofc ne v pripade Trinity.

Odpovědět

Co se rozumí

Pavel Nedbal,2019-10-20 19:05:29

Odpovědět

.

Daniel Konečný,2019-10-20 12:30:38

Fúze stále v nedohlednu, mělo by se řádně zainvestovat do reaktorů IV. generace, které jsou bezkonkurenčně nejlepším řešením jediného relevantního problému jádra - odpadu.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace