martes, 29 de noviembre de 2016

Diamantes convierten los residuos nucleares en pilas nucleares


Un problema con el tratamiento de los desechos nucleares es que a menudo es difícil saber qué es un desperdicio y que es un recurso valioso. Esta es la base del trabajo de físicos y químicos de la Universidad de Bristol, que han encontrado una manera de convertir miles de toneladas de desechos nucleares aparentemente sin valor en pilas de diamante hechas por el hombre que pueden generar una pequeña corriente eléctrica por más tiempo que toda la historia De la civilización humana.

La eliminación de residuos nucleares es uno de los grandes retos técnicos del siglo XXI. El problema es que, por lo general resulta que no es tanto una cuestión de disposición como de almacenamiento a largo plazo. Si se trata simplemente de deshacerse permanentemente del material radiactivo, existen muchas opciones, pero el combustible nuclear gastado y otros desechos consisten en valiosos isótopos radiactivos que se necesitan en la industria y en la medicina o pueden reprocesarse para producir más combustible. La eliminación, por lo tanto, es más a menudo una cuestión de mantener los residuos seguros, siendo capaz de acceder a ellos más tarde cuando sea necesario.

 
Un ejemplo inesperado de esto es el trabajo del equipo de Bristol en una importante fuente de desechos nucleares como son los viejos reactores Magnox de Gran Bretaña, que ahora están siendo desmantelados después de más de medio siglo de servicio. Estos reactores de primera generación usaron bloques de grafito como moderadores para ralentizar los neutrones para mantener en funcionamiento el proceso de fisión nuclear, pero décadas de exposición han dejado el Reino Unido con 95.000 toneladas de bloques de grafito que ahora se clasifican como desechos nucleares porque la radiación en los reactores cambió parte del carbono inerte en los bloques en carbono-14 radioactivo.

El carbono-14 es un emisor de partículas beta de bajo rendimiento que no pueden penetrar ni siquiera unos pocos centímetros de aire, pero aún así este material sigue siendo demasiado peligroso para permitirlo en el medio ambiente. En lugar de enterrarlo, la solución del equipo de Bristol es eliminar la mayor parte del c-14 de los bloques de grafito y convertirlo en diamantes generadores de electricidad.

La batería nuclear de diamante se basa en el hecho de que cuando un diamante artificial está expuesto a la radiación, produce una pequeña corriente eléctrica. Según los investigadores, esto hace posible construir una batería que no tiene partes móviles, no produce emisiones y no requiere mantenimiento.

Los investigadores de Bristol encontraron que el carbono-14 no estaba distribuido uniformemente en los bloques de Magnox, pero se concentra en el lado más cercano a las barras de combustible de uranio. Para producir las baterías, los bloques se calientan para expulsar el carbono 14 del extremo radiactivo, dejando los bloques mucho menos radiactivos que antes. Entonces se recoge el gas de c-14 y usando presiones bajas y altas temperaturas se convierte en diamantes artificiales.

Una vez formadas, las partículas beta emitidas por el c-14 interactúan con la red cristalina del diamante, expulsando electrones y generando electricidad. Los diamantes son radiactivos, por lo que se les da un segundo revestimiento de diamante no radiactivo para actuar como un escudo de radiación. Esto significa que una persona sentada al lado de una batería de diamante recibiría casi tanta radiación como si estuviera sentada junto a un plátano. Además, la dureza de los diamantes ayuda a mantener el material radiactivo seguro.

"El carbono-14 fue elegido como un material fuente porque emite una radiación de corto alcance, que es rápidamente absorbida por cualquier material sólido", dijo Neil Fox de la Escuela de Química. "Esto lo convierte en un material peligroso para ingerir o tocar con la piel desnuda, pero si se mantiene seguro dentro del diamante, ninguna radiación de corto alcance puede escapar. De hecho, el diamante es la sustancia más dura conocida por el hombre, no hay literalmente nada que podríamos utilizar que podría ofrecer más protección ".

 El equipo ya ha construido un prototipo de batería de diamante que utiliza el isótopo níquel-63 como combustible radiactivo y ahora está pasando a usar carbono-14, que será más eficiente. Debido a que el c-14 tiene una vida media tan larga, los investigadores estiman que una batería de diamante seguiría generando el 50 por ciento de su capacidad después de 5.730 años

"Creemos que estas baterías se utilizarán en situaciones en las que no sea factible cargar o reemplazar baterías convencionales", dice Tom Scott, profesor de Materiales. "Las aplicaciones obvias serían en aparatos eléctricos de baja potencia en los que se necesite una larga vida útil de la fuente de energía, como los marcapasos, los satélites, los drones de gran altura o incluso las naves espaciales.





SHARE THIS

Author:

0 comentarios: