Le retraitement du combustible nucléaire usé pourrait devenir plus sûr et plus efficace à l'avenir après que les chercheurs aient trouvé un moyen de modifier la structure des molécules pour éliminer les matières radioactives.

La recherche est publiée dans une édition récente de l'influent Chemistry—A European Journal et est décrite par les éditeurs de la revue comme étant d'une grande importance.

L'opération de retraitement

L'énergie nucléaire offre une source d'électricité à faible émission de carbone et devient une part croissante de l'approvisionnement énergétique dans de nombreux pays du monde. Environ 10 % de l'électricité mondiale est produite par l'énergie nucléaire. Cependant, les centrales nucléaires ont besoin de combustible pour produire de l'électricité et ce combustible devient moins efficace avec le temps, et doit être remplacé après environ cinq ans.

Le combustible usé est encore hautement radioactif et génère d'intenses quantités de chaleur. Avant d'être retraités ou éliminés, il doit être immergé dans des étangs de refroidissement spécialisés sous plus de 40 pieds d'eau. L'eau fournit une protection contre la radioactivité et est continuellement refroidie pour éliminer la chaleur intense des barres de combustible.

Il faut plus d'un an pour que les crayons de combustible refroidissent jusqu'à un point où ils peuvent être retraités pour éliminer les éléments d'uranium et de plutonium, qui peut ensuite être réutilisé comme combustible.

Cependant, les éléments américium, curium et neptunium, que l'on appelle les actinides mineurs, sont toujours présents et produisent la majeure partie de la chaleur et de la radioactivité du combustible usé restant. En outre, ces éléments restent hautement radioactifs pendant environ 9, 000 ans, ce qui rend le stockage et le stockage à long terme du combustible usé extrêmement difficiles à gérer en toute sécurité.

Si ces éléments radioactifs nocifs pouvaient être éliminés, cela améliorerait considérablement la sûreté et la durabilité de l'énergie nucléaire, parce que le combustible usé restant resterait radioactif pendant environ 300 ans, ce qui est un délai beaucoup plus gérable.

Modifier les molécules

Des molécules appelées triazines sont capables d'éliminer ou d'extraire ces éléments nocifs du combustible nucléaire usé de manière très sélective, et sont connus depuis un certain temps. Les chercheurs ont cherché à savoir comment la modification d'une certaine partie de ces molécules pourrait influencer leur capacité à se lier et à extraire ces actinides mineurs au niveau moléculaire. Les connaissances et les idées acquises pourraient être exploitées pour mieux concevoir, molécules plus efficaces pour le retraitement du combustible nucléaire usé à l'avenir.

Les chercheurs ont modifié la taille des anneaux aliphatiques dans les molécules de référence établies, passant d'anneaux à 6 chaînons à des anneaux à 5 chaînons. Ils ont découvert que ce petit mais subtil changement avait des effets inattendus sur l'efficacité avec laquelle ces molécules se lient et extraient les actinides mineurs par rapport aux molécules de référence. Les raisons exactes de ces effets ont ensuite été déterminées au niveau moléculaire en utilisant une gamme de techniques expérimentales.

Dr Frank Lewis, maître de conférences en chimie organique au département des sciences appliquées de l'Université de Northumbria a déclaré :« Les résultats sont importants car ils pourraient permettre de concevoir de meilleures molécules d'une manière plus rationnelle, plutôt que simplement par essais et erreurs.

« Les connaissances et les connaissances que nous avons acquises en réglant la partie aliphatique cyclique de ces molécules pourraient ouvrir la voie à la conception rationnelle de ligands sélectifs des actinides améliorés pour le retraitement des combustibles nucléaires usés. La modification de ces molécules de différentes manières pour améliorer leurs propriétés d'extraction pourrait faire de futurs retraitement plus efficaces et pourraient s'avérer indispensables pour leur utilisation industrielle à l'avenir.

« Nous pensons que ces résultats sont d'une grande importance pour le domaine de l'énergie nucléaire, et cela a été confirmé par le panel qui a examiné l'article avant sa publication."