Απαλλαγή από το στρόντιο-90

Μια ανακάλυψη που υπόσχεται να ελαφρύνει το βάρος της απειλής των πυρηνικών αποβλήτων ανακοινώθηκε πρόσφατα από ερευνητές του Πανεπιστημίου Northwestern των Ηνωμένων Πολιτειών. Πρόκειται για ένα υλικό το οποίο μπορεί να καθαρίσει τα υγρά κατάλοιπα των πυρηνικών αντιδραστήρων από το στρόντιο-90, ένα από τα μακροβιότερα, πιο επικίνδυνα και πιο δύσκολα στον καθαρισμό τους ραδιενεργά ισότοπα.

Η έρευνα, της οποίας επικεφαλής ήταν ο καθηγητής της Χημείας στο Northwestern Μερκούριος Κανατζίδης και κύριος ερευνητής ο μεταδιδακτορικός φοιτητής του Μανώλης Μάνος, χαιρετίστηκε ως σημαντικό βήμα γιατί ανοίγει έναν τομέα ο οποίος ως τώρα είχε μείνει αδιερεύνητος, προσφέροντας λύση στο μεγάλο πρόβλημα της ασφαλούς καταστροφής των πυρηνικών αποβλήτων. «Στα πυρηνικά απόβλητα» εξηγεί ο κ. Κανατζίδης, μιλώντας στο «Βήμα» «υπάρχουν διάφορα ραδιενεργά ισότοπα. Το στρόντιο και το καίσιο, όμως, είναι από τα πιο επικίνδυνα και από τα πιο δύσκολα να τα απομονώσει κανείς».

Εχθρός των οστών

Γνωστό στο ευρύ κοινό από το δυστύχημα του Τσερνόμπιλ που το απελευθέρωσε σε τεράστιες ποσότητες στο περιβάλλον, το στρόντιο-90 αποτελεί ένα από τα πλέον επιβλαβή υποπροϊόντα ενός πυρηνικού αντιδραστήρα. Εκπέμπει υψηλή ραδιενέργεια Βήτα και είναι, όπως λέγεται, μακράς ζωής, παραμένοντας ενεργό επί δεκαετίες: η «ημιζωή» του, δηλαδή ο χρόνος που χρειάζεται για να αποσυντεθούν τα μισά ραδιενεργά άτομά του, ανέρχεται σε 28,8 χρόνια, ενώ η διάρκεια της πλήρους αποσύνθεσής του φθάνει στα 96 έτη. Συμπεριφέρεται όπως το ασβέστιο, με αποτέλεσμα να δεσμεύεται κυρίως στα οστά, καταστρέφοντας την οστική μάζα και τον μυελό των οστών, ενώ επιδρά επίσης στα λεμφοκύτταρα, επηρεάζοντας μακροπρόθεσμα το ανοσοποιητικό σύστημα.

Η απομόνωσή του είναι εξαιρετικά δύσκολη γιατί η περιεκτικότητα στην οποία βρίσκεται στα πυρηνικά απόβλητα είναι πολύ μικρή σε σχέση με αυτή άλλων, μη επιβλαβών ιόντων. «Είναι πραγματικά σαν να ψάχνει να βρει κανείς βελόνα στα άχυρα» εξηγεί ο κ. Κανατζίδης. «Το νάτριο και το ασβέστιο, για παράδειγμα, που είναι αβλαβή, βρίσκονται σε περίσσεια ενός εκατομμυρίου και παραπάνω σε σχέση με το στρόντιο». Ετσι, στις αντιδράσεις με τα υπάρχοντα «καθαριστικά» υλικά, αυτά επικρατούν, αφήνοντας πίσω μεγάλες ποσότητες του βλαβερού ισοτόπου.

Προτίμηση στο στρόντιο

Το υλικό που ανέπτυξαν οι ερευνητές έχει το μοναδικό πλεονέκτημα ότι «προτιμά» το στρόντιο έναντι των άλλων ιόντων. Λέγεται KMS 1 – Κάλιο, Μέταλλα και Θείο (S) – και η καινοτομία του έγκειται στο γεγονός ότι εκμεταλλεύεται τις ιδιότητες των θειούχων ενώσεων ή σουλφιδίων, οι οποίες ως τώρα δεν είχαν διερευνηθεί για την απομόνωση ραδιενεργών υλικών. «Τα σουλφίδια δεν είναι γνωστά στον πολύ κόσμο, είναι μια μικρή περιοχή της Χημείας» λέει ο κ. Κανατζίδης. «Εμείς δουλεύαμε σε αυτά και αναπτύξαμε το KMS. Ανακαλύψαμε ότι είναι υλικό ανταλλαγής ιόντων και σκεφθήκαμε ότι οι ιδιότητές του θα πρέπει να είναι διαφορετικές από αυτές των άλλων, ευρέως διαδεδομένων σήμερα ανάλογων υλικών όπως οι ζεόλιθοι και οι διάφοροι πηλοί».

Ετσι αποφάσισαν να το δοκιμάσουν σε αυτή τη δύσκολη αλλά τόσο χρήσιμη εφαρμογή. Τα αποτελέσματα εξέπληξαν ακόμη και αυτούς τους ίδιους, αφού το υλικό τους κατόρθωσε να απομονώσει – σε στερεή μορφή, μέσα σε ένα φακελάκι του τσαγιού – περισσότερο από το 99% του στροντίου που υπήρχε στο ραδιενεργό διάλυμα. Τα υλικά που έχουν δοκιμαστεί για τον ίδιο σκοπό τα τελευταία 20 χρόνια – κυρίως πολυμερείς ρητίνες, οξείδια μετάλλων και αιθέρες «κορώνες» – δεν ξεπερνούν σε απόδοση το 40%-45%.

Το KMS 1 οφείλει τις εξαιρετικές του επιδόσεις στο γεγονός ότι είναι θειούχο – περιέχει κυρίως κάλιο, μαγγάνιο, κασσίτερο και θείο – και στη στιβαδόμορφη δομή του. Επειδή είναι φορτισμένο αρνητικά και εξουδετερώνεται από το κάλιο που, όπως το στρόντιο, έχει φορτίο 2, και επειδή έλκεται από τα βαρέα μέταλλα και όχι από τα ελαφρά, προτιμά να δεσμεύει στις στιβάδες του το «βαρύ» στρόντιο έναντι του νατρίου, του ασβεστίου και των άλλων ιόντων που είναι ελαφρύτερα. Η έλξη αυτή είναι μάλιστα πολύ ισχυρή. «Αρχικά δοκιμάσαμε μόνο με ασβέστιο» εξηγεί ο κ. Κανατζίδης «και είδαμε ότι διαλέγει το στρόντιο. Μετά δοκιμάσαμε και με νάτριο και είδαμε με μεγάλη έκπληξη ότι ακόμη και το νάτριο δεν παρεμπόδιζε. Επαιρνε κατ’ ευθείαν το στρόντιο». Ακόμη, το νέο υλικό έχει το πλεονέκτημα ότι, αντίθετα με αυτά που χρησιμοποιούνται σήμερα, μπορεί να λειτουργήσει και σε όξινο και σε αλκαλικό περιβάλλον, ενώ το κόστος του είναι πολύ χαμηλό.

Νέα τάξη χρήσιμων ενώσεων

Βεβαίως τα στάδια που έχει ακόμη να διανύσει ώσπου να φθάσει στην πρακτική εφαρμογή είναι πολλά. «Αυτό που κάναμε εμείς» εξηγεί ο ερευνητής «είναι η ανακάλυψη. Αυτό που λέμε είναι ότι, κοιτάξτε, εσείς τόσα χρόνια βλέπατε μόνο τα οξείδια και τους αιθέρες «κορώνες», δεν κοιτούσατε σε άλλες περιοχές. Η άλλη περιοχή είναι τα σουλφίδια και εμείς υποδεικνύουμε σε όλη την κοινότητα που ασχολείται με αυτόν τον τομέα ότι υπάρχει μια τάξη ενώσεων που μπορούν να κάνουν καλύτερα αυτή τη δουλειά, η οποία είναι πολύ δύσκολη».

Από εδώ και πέρα το νέο υλικό πρέπει να δοκιμαστεί, να εξεταστεί από οικονομικής πλευράς και από την άποψη της παρασκευής του σε βιομηχανικές κλίμακες. Στο εργαστήριο, ελλείψει άλλης δυνατότητας, οι ερευνητές το δοκίμασαν μέσα σε φακελάκια του τσαγιού. Στην πρακτική εφαρμογή του, όμως, θα πρέπει να μελετηθεί ώστε να διατίθεται σε λειτουργικές μορφές, σε στήλες ή σε σφαιρίδια ή σε τεράστια ειδικά φίλτρα. «Πρέπει να υποστεί μια σειρά από δοκιμασίες ώσπου να πει κανείς ότι πράγματι πληροί όλες τις προϋποθέσεις. Αυτό που λέμε εμείς προς το παρόν είναι ότι πληροί την πιο δύσκολη, το να «πιάσει» το στρόντιο».

Οι ξεχωριστές ικανότητές του KMS 1 δεν σταματούν, όμως, εδώ. Οπως μας λέει ο κ. Κανατζίδης, οι εφαρμογές του είναι πολύ περισσότερες αλλά ακόμη δεν είναι ανακοινώσιμες, καθώς βρίσκονται στο στάδιο της προδημοσίευσης. «Στο μέλλον» αποκαλύπτει «θα ακούσετε και άλλα πράγματα γι’ αυτό».