ตอนนี้ นักวิจัยด้านวิศวกรรมของมหาวิทยาลัย Texas A&M ได้คิดค้นวิธีการที่เรียบง่ายและต้านทานการแพร่ขยายเพื่อแยกส่วนประกอบต่างๆ ของกากนิวเคลียร์ออก ปฏิกิริยาเคมีแบบขั้นตอนเดียวที่อธิบายไว้ในวารสารIndustrial & Engineering Chemistry Researchฉบับเดือนกุมภาพันธ์ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของผลึกที่ประกอบด้วยองค์ประกอบเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่เหลือทั้งหมดกระจายอย่างสม่ำเสมอ

นักวิจัยยังตั้งข้อสังเกตว่าความเรียบง่ายของแนวทางการรีไซเคิลทำให้การแปลจากห้องปฏิบัติการไปสู่อุตสาหกรรมเป็นไปได้

Johnathan Burns นักวิทยาศาสตร์ด้านการวิจัยในศูนย์วิศวกรรมนิวเคลียร์และวิทยาศาสตร์ของ Texas A&M Engineering Experiment Station กล่าวว่า "กลยุทธ์การรีไซเคิลของเราสามารถผสานเข้ากับแผ่นการไหลของสารเคมีสำหรับการใช้งานในระดับอุตสาหกรรมได้อย่างง่ายดาย "กล่าวอีกนัยหนึ่ง ปฏิกิริยาสามารถทำซ้ำได้หลายครั้งเพื่อเพิ่มผลผลิตการกู้คืนเชื้อเพลิงสูงสุด และลดกากนิวเคลียร์กัมมันตภาพรังสีลงอีก"

พื้นฐานของการผลิตพลังงานในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์คือเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิชชัน ในปฏิกิริยานี้ นิวเคลียสหนัก ซึ่งปกติแล้วคือยูเรเนียม เมื่อถูกอนุภาคย่อยที่เรียกว่านิวตรอน จะไม่เสถียรและฉีกเป็นองค์ประกอบที่เล็กกว่าและเบากว่า อย่างไรก็ตาม ยูเรเนียมสามารถดูดซับนิวตรอนและหนักขึ้นเรื่อยๆ เพื่อสร้างองค์ประกอบ เช่น เนปทูเนียม พลูโทเนียม และอเมริเซียม ก่อนที่จะแยกออกและปล่อยพลังงานอีกครั้ง

เมื่อเวลาผ่านไป ปฏิกิริยาฟิชชันเหล่านี้นำไปสู่การสะสมของธาตุที่เบากว่าในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ แต่ประมาณครึ่งหนึ่งของผลิตภัณฑ์จากฟิชชันเหล่านี้ถือเป็นพิษของนิวตรอน พวกมันดูดซับนิวตรอนเช่นเดียวกับเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ใช้แล้ว เหลือไว้สำหรับปฏิกิริยาฟิชชันน้อยกว่า ส่งผลให้การผลิตพลังงานหยุดชะงักในที่สุด

ดังนั้น แท่งเชื้อเพลิงที่ใช้แล้วจึงมีผลิตภัณฑ์จากฟิชชัน ยูเรเนียมที่เหลือ และพลูโทเนียม เนปทูเนียม และอเมริเซียมในปริมาณเล็กน้อย ในปัจจุบัน รายการเหล่านี้ถือเป็นขยะนิวเคลียร์ในสหรัฐอเมริกาโดยรวม และถูกกำหนดให้เก็บไว้ในที่เก็บใต้ดินเนื่องจากมีกัมมันตภาพรังสีสูง

"ขยะนิวเคลียร์เป็นปัญหาสองง่าม" เบิร์นส์กล่าว “อย่างแรก เกือบ 95% ของวัสดุเริ่มต้นของเชื้อเพลิงนั้นไม่ได้ถูกใช้งาน และอย่างที่สอง ของเสียที่เราผลิตขึ้นนั้นมีธาตุกัมมันตภาพรังสีที่มีอายุยืนยาว ตัวอย่างเช่น เนปจูนเนียมและอเมริเซียมสามารถคงอยู่และแผ่รังสีได้มากถึงหลายแสน ปีที่."

นักวิทยาศาสตร์ประสบความสำเร็จในการแยกยูเรเนียม พลูโทเนียม และเนปทูเนียมออก อย่างไรก็ตาม วิธีการเหล่านี้ซับซ้อนมากและประสบความสำเร็จอย่างจำกัดในการแยกอะเมริเซียม นอกจากนี้ เบิร์นส์ยังกล่าวอีกว่ากระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกากำหนดให้กลยุทธ์การรีไซเคิลต้องมีความทนทานต่อการเพิ่มจำนวน ซึ่งหมายความว่าพลูโทเนียมซึ่งใช้ในอาวุธได้จะต้องไม่ถูกแยกออกจากองค์ประกอบเชื้อเพลิงนิวเคลียร์อื่นๆ ในระหว่างกระบวนการรีไซเคิล

นักวิจัยได้ตรวจสอบว่ามีปฏิกิริยาเคมีง่ายๆ ที่สามารถแยกองค์ประกอบทางเคมีของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ใช้แล้วที่ต้องการเข้าด้วยกันได้หรือไม่ เพื่อจัดการกับความต้องการที่ยังไม่ได้รับการตอบสนองของการรีไซเคิลกากนิวเคลียร์

จากการศึกษาก่อนหน้านี้ นักวิจัยทราบดีว่าที่อุณหภูมิห้อง ยูเรเนียมจะก่อตัวเป็นผลึกในกรดไนตริกอย่างแรง ภายในผลึกเหล่านี้ อะตอมของยูเรเนียมจะถูกจัดเรียงในลักษณะเฉพาะ - อะตอมของยูเรเนียมกลางถูกประกบระหว่างอะตอมออกซิเจนสองอะตอมที่ด้านใดด้านหนึ่งโดยใช้อิเล็กตรอนหกตัวร่วมกับอะตอมออกซิเจนแต่ละอะตอม

"เราตระหนักได้ทันทีว่าโครงสร้างผลึกนี้สามารถแยกพลูโทเนียม เนปทูเนียม และอเมริเซียมออกจากกันได้ เนื่องจากธาตุหนักทั้งหมดเหล่านี้อยู่ในตระกูลเดียวกับยูเรเนียม" เบิร์นส์กล่าว

นักวิจัยตั้งสมมติฐานว่าหากพลูโทเนียม เนปทูเนียม และอเมริเซียมมีโครงสร้างพันธะที่คล้ายกันกับออกซิเจนเป็นยูเรเนียม ธาตุเหล่านี้จะรวมตัวเข้ากับผลึกยูเรเนียม

สำหรับการทดลอง พวกเขาเตรียมสารละลายตัวแทนของยูเรเนียม พลูโทเนียม เนปทูเนียม และอเมริเซียมในกรดไนตริกเข้มข้นสูงที่ 60-90 องศาเซลเซียส เพื่อเลียนแบบการละลายของแท่งเชื้อเพลิงจริงในกรดแก่ พวกเขาพบว่าเมื่อสารละลายถึงอุณหภูมิห้องตามที่คาดการณ์ไว้ ยูเรเนียม เนปทูเนียม พลูโทเนียม และอเมริเซียมแยกออกจากสารละลายด้วยกัน และกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอภายในผลึก

เบิร์นส์ตั้งข้อสังเกตว่ากระบวนการขั้นตอนเดียวที่เรียบง่ายนี้ยังมีความทนทานต่อการเพิ่มจำนวนเนื่องจากพลูโทเนียมไม่ได้ถูกแยกออกแต่รวมอยู่ในผลึกยูเรเนียม

"แนวคิดก็คือเชื้อเพลิงที่นำกลับมาใช้ใหม่ซึ่งเกิดจากปฏิกิริยาเคมีที่เรากำหนดนั้นสามารถนำมาใช้ในเครื่องปฏิกรณ์รุ่นต่อไปได้ ซึ่งไม่เพียงแต่จะเผายูเรเนียมเหมือนเครื่องปฏิกรณ์ส่วนใหญ่ในปัจจุบันเท่านั้น แต่ยังรวมถึงธาตุหนักอื่นๆ เช่น เนปทูเนียม พลูโทเนียม และอเมริเซียมด้วย" เบิร์นส์ กล่าวว่า. "นอกเหนือจากการแก้ไขปัญหาการรีไซเคิลเชื้อเพลิงและลดความเสี่ยงในการแพร่กระจายแล้ว กลยุทธ์ของเราจะลดปริมาณกากนิวเคลียร์ลงอย่างมากเหลือเพียงผลิตภัณฑ์จากฟิชชันซึ่งมีกัมมันตภาพรังสีหลายร้อย มากกว่าหลายร้อยหลายพันปี"บาคาร่า สมัครบาคาร่า