La photochimie permet une méthode plus sûre pour le retraitement des mélanges de plutonium et d’uranium


La photochimie peut être utilisée pour séparer le plutonium et l’uranium, selon de nouvelles recherches. En montrant que la photochimie peut remplacer les agents redox agressifs lors des séparations d’actinides, les travaux pourraient profiter aux installations de traitement nucléaire et aux efforts d’assainissement de l’environnement.

La chimie redox des actinides joue un rôle essentiel dans la chimie de leur séparation. Les énergies qui se chevauchent presque des orbitales 6d et 5f dans les premiers actinides permettent un réglage sélectif des états d’oxydation des actinides. Dans les séparations aqueuses, la tendance des actinides avec des états d’oxydation variables à former des complexes anioniques ou neutres avec des ligands donneurs peut être utilisée pour obtenir des facteurs de séparation élevés.

Les méthodes de séparations industrielles traditionnelles telles que le procédé de récupération de l’uranium par extraction du plutonium (Purex) reposent sur des agents redox pour exploiter l’électrochimie unique de l’uranium, du plutonium et du neptunium. Des complexants chimiques sont alors utilisés pour se lier aux actinides dans des états électrochimiques particuliers, permettant ainsi leur séparation. Ce procédé nécessite cependant le stockage à long terme d’un raffinat dans des dépôts géologiques profonds suite à la séparation. De plus, les réactifs redox tels que l’hydrazine et l’acide nitreux peuvent, dans des conditions de fonctionnement spécifiques, être potentiellement explosifs. Ainsi, les efforts de recherche sont orientés vers des méthodes de séparation alternatives.

Ces dernières années, la photochimie de l’uranium est devenue plus sophistiquée. La recherche a démontré que la lumière ultraviolette et visible (UV-vis) peut ajuster les états d’oxydation de l’uranium. En plus de ces travaux sur l’uranium, un petit nombre d’études suggèrent qu’il devrait être possible de séparer les actinides par photochimie.

Inspirée par de tels travaux, une équipe autour de Stosh Kozimor et Benjamin Stein du Laboratoire national de Los Alamos (LANL), aux États-Unis, a proposé une méthode photochimique pour séparer le plutonium de l’uranium. En utilisant la lumière UV-vis, les chercheurs ont montré qu’ils pouvaient induire Pu4+ et toi6+ devenir Pu3+ et toi4+, respectivement. Cela a ensuite permis à l’équipe d’appliquer des méthodes de séparation plus traditionnelles, notamment la chromatographie par échange d’anions, pour arriver à des produits purs.

«J’étais vraiment ravi de lire que Stein et Kozimor avaient développé des réactions redox induites par la lumière pour ce type de séparation, car l’utilisation de LED économes en énergie pour photoexciter les complexes métalliques a eu un effet si prononcé sur la catalyse ces dernières années», commente Polly Arnold, directrice de la division des sciences chimiques au Lawrence Berkely National Laboratory aux États-Unis.

«Les travaux futurs visant à intégrer la lumière dans un processus de séparation à plus grande échelle pourraient bien s’appuyer sur le travail effectué par la communauté de la catalyse pour intensifier leurs réactions assistées par la lumière», déclare Arnold. «En attendant, il est passionnant d’examiner comment nous pourrions utiliser ces LED bleues bon marché pour aider à retraiter nos petits et précieux stocks d’isotopes rares dont nous avons besoin pour la recherche.»

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