US-Energieministerium fördert mit 1 Million US-Dollar die Erforschung von Spaltprodukten in Salzschmelzen-Kernbrennstoffen

de.wedoany.com-Bericht: Am 5. Oktober erhielt die Pennsylvania State University eine Förderung von 1 Million US-Dollar im Rahmen des Nuclear Energy University Program des US-Energieministeriums, um das chemische Verhalten der drei Spaltprodukte Samarium, Europium und Tellur aus abgebranntem Kernbrennstoff in Salzschmelzensystemen zu untersuchen. Das Projekt wird von Hojong Kim, Professor für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik an der Universität, geleitet; die University of Nevada, Reno und das Idaho National Laboratory sind beteiligt. Die Forschungsinhalte umfassen die Valenzänderungen der drei Elemente in Salzschmelzenumgebungen, Materialwechselwirkungen sowie ihr Verhalten bei der Hochtemperatur-Pyroverarbeitung von Kernbrennstoffen.

Das Projekt konzentriert sich auf die Untersuchung der mehrwertigen Zustände, die Samarium, Europium und Tellur unter verschiedenen Redoxbedingungen in Salzschmelzen bilden, sowie auf den Einfluss von Valenzänderungen auf Löslichkeit, Verteilungsverhalten und Trennprozesse. Laut der Projektzusammenfassung des US-Energieministeriums hat Samarium eine starke Neutronenabsorptionswirkung, Europium kann die Auflösung von Strukturmaterialien verursachen, und Tellur kann mit Metallen spröde intermetallische Verbindungen bilden. Diese Verhaltensweisen betreffen die Materialintegrität und die Abtrennung von Spaltprodukten in Salzschmelzen-Kernbrennstoffkreislaufsystemen.

In der experimentellen Phase werden die drei Zielelemente in Salzschmelzenmedien gelöst, ihre Oxidationsstufen durch Anlegen verschiedener elektrischer Potenziale verändert und die entsprechenden elektrochemischen Eigenschaften gemessen. Die Pennsylvania State University ist für die entsprechenden salzschmelzen-elektrochemischen Experimente verantwortlich, während die University of Nevada, Reno und das Idaho National Laboratory einen Teil der Charakterisierung, Modellierung und ergänzenden Experimente übernehmen. Das Projekt wird zudem die Wechselwirkungen zwischen diesen Spaltprodukten und den Strukturmaterialien von Kernenergiesystemen untersuchen.

Die Forschung wird außerdem Experimente zur Abtrennung von Spaltprodukten mit flüssigem Bismut umfassen. Das Team von Kim hat bereits die Rückgewinnung von Seltenerd-Spaltprodukten aus Salzschmelzensystemen mit flüssigen Metallen untersucht, wobei flüssiges Bismut zur Extraktion von Seltenerdelementen aus Salzschmelzen eingesetzt wurde. Das aktuelle Projekt wird auf dieser technologischen Route aufbauen und die Bedingungen für die Rückgewinnung und Stabilisierung der Zielelemente weiter untersuchen.

Samarium ist einer der Schwerpunkte dieser Forschungsrunde. Das Team von Kim hatte in einem 2018 vom US-Energieministerium geförderten Projekt geplant, Samarium zu untersuchen, doch aufgrund seiner geringen Konzentration in Salzschmelzen und der Unterschiede seines elektrochemischen Verhaltens gegenüber anderen Seltenerd-Spaltprodukten konnten die betreffenden Untersuchungen damals nicht abgeschlossen werden. Das jetzige Projekt wird die elektrochemischen Eigenschaften und Valenzzustände von Samarium erneut untersuchen und parallel Europium und Tellur analysieren.