Roma – Vi siete mai chiesti cosa hanno in comune una navicella spaziale e un pacemaker? Entrambi sono alimentati dal plutonio-238 ( 238 Pu), un isotopo versatile, noto per le sue proprietà riscaldanti ideali. Una recente ricerca pubblicata su Nucleare Science and Technique svela un nuovo modello neutronico ad alta risoluzione che migliora significativamente la produzione di 238 Pu, aumentando la resa di quasi il 20% nei reattori ad alto flusso e riducendo i costi. Questa potenziale svolta potrebbe rivoluzionare un’ampia gamma di produzione tecnologica, dall’esplorazione dello spazio profondo ai dispositivi medici salvavita.
Miglioramento della produzione di 238 Pu con la modellazione ad alta risoluzione
Un team di scienziati nucleari dell’Università Jiao Tong di Shanghai e del Nuclear Power Institute of China ha riferito che i loro metodi – filter burnup, single-energy burnup e burnup extremum analisi – migliorano la precisione della produzione di 238 Pu, portando a un aumento significativo del 18,81% prodotto. Questo perfezionamento elimina le approssimazioni teoriche precedentemente comuni in questo campo, consentendo una risoluzione dello spettro di circa 1 eV. Qingquan Pan, il ricercatore principale dello studio, ha osservato: “Il nostro lavoro non solo amplia i confini delle tecnologie di produzione isotopica, ma stabilisce anche una nuova prospettiva su come affrontiamo la trasmutazione nucleare nei reattori ad alto flusso”.
L’esplorazione dello spazio profondo deve affrontare la sfida di un approvvigionamento energetico continuo. Il plutonio-238 ( 238 Pu) subisce un decadimento α con un tempo di dimezzamento di 87,7 anni e un’energia media dei raggi di 5,49 MeV, che può rilasciare continuamente calore e fornire una fonte di calore per questo scenario. (https://doi.org/10.1007/s41365-024-01461-x)
CREDITO
Dottor Qingquan Pan
Il viaggio dell’analisi dello spettro neutronico
Il plutonio-238 ha un ruolo fondamentale nell’alimentazione di dispositivi dove le batterie tradizionali non sono sufficienti, come nelle missioni nello spazio profondo e nei dispositivi medici. Nonostante la sua importanza, la produzione del 238 Pu è stata afflitta da inefficienze e costi elevati dovuti alla mancanza di modelli precisi. L’approccio del team ha analizzato le complesse reazioni a catena all’interno dei reattori nucleari, creando un modello che non solo migliora gli attuali metodi di produzione ma riduce anche l’impatto delle radiazioni gamma associate, rendendo il processo più sicuro e rispettoso dell’ambiente.
Un triplice approccio
Lo studio ha confrontato tre metodi distinti. I metodi di combustione del filtro e di combustione a energia singola forniscono informazioni dettagliate sull’impatto dello spettro energetico sulle reazioni nucleari, mentre il metodo di analisi del burnup estremo valuta come i cambiamenti nel tempo di irradiazione influiscono sull’efficienza produttiva complessiva. Queste tecniche collettivamente consentono un controllo preciso e l’ottimizzazione delle reazioni dei neutroni all’interno dei reattori.
Dall’esplorazione dello spazio ai pacemaker
Le implicazioni di questa ricerca sono vaste. La produzione migliorata di 238 Pu supporta direttamente il funzionamento dei dispositivi in ambienti difficili e inaccessibili. “Questo modello potrebbe avere un impatto significativo non solo sulle future missioni spaziali, garantendo energia più duratura ai veicoli spaziali, ma anche sull’affidabilità dei dispositivi medici come i pacemaker cardiaci”, afferma Pan. Il processo di produzione perfezionato significa che è possibile produrre più 238 Pu con meno risorse e migliorando la sicurezza degli impianti di produzione. ridurre l’impatto ambientale e aumentare la sicurezza degli impianti produttivi.
Nuovi orizzonti nella produzione di isotopi
Guardando al futuro, il team di ricerca prevede di espandere le applicazioni del proprio modello. “I nostri prossimi passi prevedono il perfezionamento della progettazione del bersaglio da un punto di vista ingegneristico, l’ottimizzazione dello spettro di neutroni utilizzato nella produzione e la costruzione di canali di irradiazione dedicati nei reattori ad alto flusso”, ha aggiunto Pan. Questi sviluppi non solo semplificheranno la produzione di 238 Pu, ma potrebbero anche essere adattati per altri isotopi scarsi, promettendo impatti diffusi in molteplici campi scientifici e medici.
Un futuro più luminoso e sicuro nel campo dell’energia e della medicina
Lo sviluppo di un modello neutronico ad alta risoluzione segna un progresso significativo nella scienza nucleare, con implicazioni che vanno ben oltre il laboratorio. Quando questo modello verrà applicato ad altri isotopi scarsi, si prevede che il suo impatto sia sulla tecnologia che sull’industria aumenterà, supportando progressi significativi nella tecnologia energetica, medica e spaziale. Mentre il mondo si orienta sempre più verso soluzioni energetiche sofisticate, il lavoro di Pan e del suo team sottolinea il ruolo cruciale della ricerca nucleare innovativa nel garantire un futuro sostenibile e tecnologicamente avanzato.(30science.com)
