Trazabilidad de la fuente del análisis de isótopos de rutenio

El estudio de la proporción de isótopos de rutenio no radiactivos en el aire reveló la verdadera fuente de misteriosas nubes de radiación en Europa del Este en 2017.
Autor| Zheng Linjie
Fuente de la imagen @wiki

En el otoño de 2017, elementos radiactivos de rutenio-106 (106Ru) contaminaron las nubes sobre Europa del Este. Aunque las agencias multinacionales señalaron que la concentración de sustancias radiactivas no daña la salud humana, el valor de detección fue 100 veces mayor que el de la prueba local en Europa durante el incidente de Fukushima, que fue la fuga nuclear más grave desde el accidente de la central nuclear de Fukushima en 2011. . Aunque una serie de datos y estudios han señalado con el dedo la instalación nuclear de Rusia en el extremo sur de los Urales, la fuente de la misteriosa nube de radiación sigue siendo confusa bajo la negación oficial rusa. Entre ellos, lo que más preocupa a los gobiernos europeos es que los elementos radiactivos proceden de la investigación militar relacionada con las armas nucleares.

En junio de 2020, científicos de la Universidad Leibniz de Hannover y la Universidad de Münster en Alemania proporcionaron nuevas pistas sobre este misterio. Los estudios han señalado que la fuente de rutenio-106 es el combustible nuclear gastado (también llamado combustible nuclear gastado). Un análisis más detallado reveló que la fuente real era una fuga en el proceso de reprocesamiento nuclear (reprocesamiento nuclear) de un reactor energético agua-agua ruso (VVER).

Al analizar la proporción de isótopos radiactivos de rutenio (103Ru / 106Ru) en el aire, se desconoce si el rutenio-106 proviene de centrales nucleares o de armas nucleares, porque la proporción de rutenio-103 / rutenio-106 se verá afectada por el tipo de reactor nuclear y el valor de combustión del combustible nuclear ( quemado)[Nota-1], Tiempo de decaimiento y otros factores. Por lo tanto, el equipo de investigación adoptó un enfoque diferente y se dedicó a estudiar los cambios de proporción de los isótopos de rutenio estables (96Ru, 98Ru, 99Ru, 100Ru, 101Ru, 102Ru, 104Ru) en el aire. En el otoño de 2017, la proporción de isótopos de rutenio más pesados ​​(101Ru, 102Ru, 104Ru) en el aire europeo era mayor que la de los isótopos de rutenio naturales; por el contrario, la proporción de isótopos de rutenio más ligeros disminuyó. Muestra que hay sustancias en descomposición en el aire y que el final de la descomposición β es el isótopo de rutenio más pesado.

La proporción de isótopos de rutenio variará con los núcleos de fisión nuclear La fisión nuclear de plutonio-239 (239Pu) es más propensa a producir isótopos de rutenio más pesados ​​que la fisión nuclear de uranio-235 (235U).El plutonio apto para armas (plutonio apto para armas) utiliza principalmente uranio de bajo valor de combustión como materia prima para reducir la producción de plutonio-240 (240Pu) durante el proceso de fisión.[Nota-2], La relación de isótopos de los productos después de la fisión nuclear y los productos de fisión nuclear del uranio-235 es similar. El combustible nuclear para las centrales nucleares requiere materias primas con altos valores de combustión y se produce una gran cantidad de plutonio durante la reacción nuclear. La composición del producto de fisión del combustible gastado de las centrales nucleares es más coherente con la composición del producto de fisión de las mezclas de plutonio-239 y uranio-235. Especialmente al final del ciclo de vida del combustible de las centrales nucleares, debido a que aumenta la proporción de plutonio-239 en el combustible, los valores de rutenio-100 / rutenio-101 y 102 rutenio-102 / rutenio-101 son a menudo más altos que los de los combustibles nucleares militares. producto. Los científicos descubrieron que después del evento de nube de radiación en 2017, la composición de los isótopos de rutenio en el aire estaba más cerca del producto de la descomposición del combustible gastado de las plantas de energía nuclear.

Además, la relación de composición de los isótopos de rutenio producidos artificialmente también puede reflejar el tipo de reactor que utiliza combustible nuclear. Los diferentes tipos de reactores utilizarán diferentes tipos de combustible nuclear. Tome el combustible de óxidos mixtos (combustible MOX, combustible de óxidos mixtos) como ejemplo, porque la mayor parte se reprocesa a partir del combustible gastado y su composición incluye tanto plutonio-239 como uranio-235. Por el contrario, la mayoría de los reactores nucleares utilizan uranio poco enriquecido como combustible. Los resultados del estudio señalaron que la fuente de la nube de radiación debería ser el combustible gastado producido por el reactor de agua presurizada de diseño ruso.

Aunque hay centrales eléctricas que utilizan VVER en todo el mundo, unas seis semanas antes del incidente de la nube de radiación, un lote de combustible gastado de la central eléctrica VVER llegó a Mayak, Rusia, además de una planta local de reprocesamiento de combustible gastado. Se intentó fabricar Cerio-144 (144Ce) para su uso en el experimento de detección de antineutrones del Laboratorio Nacional Gran Chaso (GSNL), Italia Todas las coincidencias y pistas apuntan al proceso de reprocesamiento del combustible gastado. Ocurrió un accidente que resultó en nubes de radiación.

Con la composición de isótopos de rutenio no radiactivos, los científicos han proporcionado pruebas más contundentes de la fuente de la nube de radiación y también han proporcionado un nuevo método de detección y análisis para la seguridad de la energía nuclear en el futuro.

Materiales de referencia:

  1. Hopp, T., Zok, D., Kleine, T. et al. Relaciones de isótopos de rutenio no naturales de la liberación atmosférica no declarada de 2017 compatible con actividades nucleares civiles. Nat Commun 11, 2744 (2020), doi: 1038 / s41467-020-16316-3
  2. Universidad de Münster: 12 de junio de 2020, la nube radiactiva sobre Europa tenía antecedentes civiles
  3. Informe de posición: una nueva investigación confirma que la nube de radiación gigante en Europa del Este en 2017 provino de la montaña rusa La Compañía de Energía Atómica Rusa reiteró una fuga fuera de la fábrica
  4. Wikipedia: material nuclear apto para armas
  5. S.NRC: Antecedentes sobre el combustible nuclear gastado de alto consumo

anotación:
[Nota-1]El valor de combustión es la energía térmica que se puede producir por unidad de combustible nuclear, y también se puede entender como la energía producida en el reactor por tonelada métrica de uranio dentro de un cierto período de tiempo, y la unidad es GWd / MTU. El valor de combustión determina la temperatura y la intensidad de radiación del combustible nuclear.
[Nota-2] El plutonio utilizado en las armas es plutonio-239 superior al 93% (o superior al 80%). El plutonio 240 puede ser generado por neutrones capturados por el plutonio 239. Debido a su fisión nuclear espontánea extremadamente rápida, es difícil controlar el tiempo y la extensión de la explosión, por lo que no es adecuado para armas nucleares. La reacción nuclear producirá tanto plutonio 239 como plutonio 240. En esta etapa, las dos especies no pueden separarse completamente mediante el reprocesamiento del combustible gastado. Por lo tanto, la mayor parte del plutonio apto para armas proviene del uranio.


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