විකිරණ - රසායන විද්‍යාව
ප්‍රධාන අංශ
විකිරණ - රසායන විද්‍යාව යනු විකිරණශීලී ද්‍රව්‍ය පිළිබද රසායනයයි. එහිදී විකිරණශීලි සමස්ථානික , විකිරණශීලී නොවන සමස්ථානිකවල ගුණ හා රසායනික ප්‍රතික්‍රියා අධ්‍යයනය කිරිමට යොදා ගනු ලැබේ. (විකිරණ - රසායනය තුළදී විකිරණශීලී නොවන ද්‍රව්‍යවල සමස්ථානික ස්ථායී නිසා අක්‍රීය ලෙස විස්තර කරනු ලැබේ.)
වැඩි විස්තර සදහා විකිරණ රසායනය පිළිබද වූ පිටුව බලන්න.
විකිරණශීලී රසායනය
විකිරණශිලී රසායනය යනු පදාර්ථයමත විකිරණවල රසායනික බලපෑම අධ්‍යයනයයි. මෙය විකිරණ - රසායනයට වඩා බෙහෙවින් වෙනස්ය. මන්ද යත් විකිරණය මගින් රසායනිකව වෙනසවන ද්‍රව්‍යය කිසිම විකිරණශීලීතාවයක් තිබීම අත්‍යවශ්‍ය නොවේ. උදාහරණයක් ලෙස ජලය හයිඩ්‍රජන් වායුව හා හයිඩ්‍රජන් පෙරොක්සයිඩ් බවට හැරවීම.
න්‍යෂ්ටික ප්‍රතික්‍රියා පිළිබද අධ්‍යයනය
විලයනය හා විඛණ්ඩනය වැනි න්‍යෂ්ටික ප්‍රතික්‍රියා අධ්‍යයනයට විකිරණ - රසායනය හා විකිරණශීලී රසායනය යන අංශ දෙකේම සම්මිශ්‍රණයක් යොදා ගනී. න්‍යෂ්ටික විඛණ්ඩනයට මුල් කාලීන සාක්ෂියක් වූයේ යුරේනියම්වලින් නියුට්‍රෝනයක් ප්‍රවිකිරණය කිරීමෙන් අඩු ආයු කාලයක් සහිත බේරියම් හි විකිරණශීලි සමස්ථානිකයක් උත්පාදනය කිරීමයි. (මිනිත්තු 83 ක අර්ධ ආයු කාලයක් සහිත 139Ba හා දින 12.8ක අර්ධ ආයු කාලයක් සහිත 140Ba යුරේනියම් හි ප්‍රධාන විඛණ්ඩන ඵල වේ) ඒ කාලයේදී සිතුවේ මෙය රේඩියම් හි සමස්ථානිකයක් කියාය. එම නිසා රේඩියම් නිෂ්පාදනයේ සම්මත විකිරණ රසායනික ක්‍රියාමාර්ගයක් ලෙස බේරියම් සල්ෆේට් නිදර්ශකයක් භාවිත කරන ලදී. වර්තමානයේදී විකිරණ - රසායනික ක්‍රම හා න්‍යෂ්ටික භෞතික විද්‍යාව එකතුව නව ‘සුපිරි බර’ (super heavy) මූලද්‍රව්‍ය නිපදවීමට යත්න දරයි. සාපේක්ෂ ස්ථායීතාව රදා පවතින්නේ වසර ගණනක් දිග අර්ධ ආයු කාල ඇති න්‍යෂ්ටි ඇති විට යයි විශ්වාස කරන ලදී. ඒ අනුව මිණිය හැකි ප්‍රමාණවල නව මූලද්‍රව්‍ය වෙන් කර ගැනීමට හැකි විය. න්‍යෂ්ටික විශ්ලේෂණයේ සොයා ගැනීමේ වැඩිදුර විස්තර සදහා ඔටෝහාන් (Otto Hahn) ගේ ක්‍රියාකාරකම් බලන්න.
න්‍යෂ්ටික ඉන්ධන චක්‍රය
න්‍යෂ්ටික ඉන්ධන චක්‍රයේ කිසියම් හෝ කොටසක් සම්බන්ධ රසායනයයි. ඉන්ධන චක්‍රයට ඉන්ධන නිෂ්පාදනයේදී යොදෙන සියළු ක්‍රියාදාම අන්තර්ගත වේ. කැනීමේ සිට ලෝපස් ක්‍රියාවලිය හා වැඩි දියුණු කිරීම හා ඉන්ධන නිෂ්පාදනය දක්වා. (චක්‍රයේ ඉදිරිපස අවසානය) තවද මෙයට චක්‍රයේ පසු පස අවසානයට පෙර (in-pile) හැසිරීමට ද ඇතුළත් වේ. චක්‍රයේ පසුපස අවසාන කොටසේ අන්තර්ගත වන්නේ පාවිච්චි කරන ලද න්‍යෂ්ටික ඉන්ධන භූගත අපද්‍රව්‍ය ගබඩා වෙත හෝ නැවත නිෂ්පාදනය සදහා යැවීමට පෙර ශීතවන පොකුණු තුළදී හෝ වියළි ගබඩා තුළදී කළමණාකරණය කරන ආකාරයයි.
සාමාන්‍ය හා අසාමාන්‍ය තත්ව
න්‍යෂ්ටික ඉන්ධන චක්‍රය හා සම්බන්ධ න්‍යෂ්ටික රසායනය ප්‍රධාන කොටස් දෙකකට බෙදිය හැකිය. එක් කොටසකදී සලකනු ලබන්නේ අපේක්ෂිත තත්ව යටතේ දී සිදුවන ක්‍රියාවලියක් වන අතර අනෙකේදී සලකනු ලබන්නේ සාමාන්‍ය ක්‍රියාකාරී තත්වයෙන් වෙනස් වීම් කිහිපයක් සිදුවී ඇති විට හෝ (දුර්ලභ ලෙස) අත් වැරැද්දක් සිදුවී ඇති වීම හෝ සිදුවන ක්‍රියාවලීන්ය. නැවත භාවිතය
නීතිය
එක්සත් ජනපදයේදී ඉන්ධන අපද්‍රව්‍ය ගබඩාවේ තැන්පත් කිරීමට පෙර එක් වරක් පමණක් ජීව ප්‍රතික්‍රියාකාරක තුළ භාවිතයට ගනී. නූතන දීර්ඝ කාලීන සැලැස්ම වන්නේ භාවිතා කළ ඉන්ධන ගැඹුරු ගබඩා තුළ ඇසිරීමයි. මෙම පුණර්ජනාත්මක නොවන ක්‍රියා පටිපාටිය 1977 මාර්තු මස ආරම්භ කරන ලද්දේ න්‍යෂ්ටික අවි ප්‍රගුණ වීම පිළිබදව සලකමිනි. ජනාධිපති ජිමී කා‍ටර් (Jimmy Carter) එක්සත් ජනපදය තුළ ප්ලූටෝනියම් වාණිජමය ලෙස නැවත භාවිතය හා ප්‍රතිචක්‍රීකරණය දින නියමයක් නොමැතිව තහනම් කරන ලදී. මෙම නියමය එක්සත් ජනපදය විසින් අනෙකුත් රටවල් සදහා උදාහරණයක් ලබා දීමට දැරූ ප්‍රයත්නයක් වුවත් බොහෝ රටවල් භාවිතා කළ න්‍යෂ්ටික ඉන්ධන නැවත භාවිතය සිදු කරන ලදී. ජනාධිපති පුටින් (Putin) යටතේ වූ රුසියානු රජය භාවිතා කළ න්‍යෂ්ටික ඉන්ධන ආනයනය තහනම් කර තිබූ නීතියක් ඉවත් කරන ලදී. එමගින් රුසියානුවන්ට රුසියාවෙන් පිට ගණුදෙණුකරුවන් සදහා නැවත භාවිතා සේවාවක් ලබා දීමට හැකිවිය. (BNFL ඉදිරිපත් කළ දෙයට සමාන)
පියුරෙක්ස් (PUREX) රසායනය
නූතන ක්‍රමය වන්නේ නයිට්‍රික් අම්ලයෙන් යුරේනියම් හා ප්ලූටෝනියම් නිස්සාරණයට ට්‍රයිබියුටයිල් පොස්ෆේට් / හයිඩ්‍රොකාබන් යොදා ගන්නා පියුරෙක්ස් ද්‍රව - ද්‍රව නිස්සාරකයක් යොදා ගැනීමයි. උදාහරණයක් ලෙස නයිට්‍රේට මාධ්‍යයකදී නිස්සාරක කාරකයක් (S) යොදා ගෙන ප්ලූටෝනියම් නිස්සාරණය පහත ප්‍රතික්‍රියාවේ පරිදි සිදුවේ.
ලෝහ කැටායනය , නයිට්‍රේට හා ට්‍රයිබියුටයිල් පොස්පේට් අතර සංකීර්ණයක් ඇතිවේ. නයිට්‍රේට 2ක් හා ට්‍රයිඑතිල් පොස්පේට 2ක් ඇති ඩයිඔක්සොයුරේනියම් (dioxouranium(VI)) සංකීර්ණයේ ආදර්ශ සංයෝගයක් X - කිරණ ස්පටික විද්‍යාව මගින් විදහා දක්වා ඇත.
නයිට්‍රික් අම්ල සාන්ද්‍රණය වැඩි විට කාබනික කලාපය තුළට නිස්සාරණය වැඩිවන අතර නයිට්‍රික් අම්ල සාන්ද්‍රණය අඩු වන විට නිස්සාරණය ප්‍රත්‍යාවර්ත වේ. නයිට්‍රික් අම්ල‍ෙය් භාවිත ඉන්ධන දියකර අද්‍රාව්‍ය ද්‍රව්‍ය ඉවත් කර ඉතා ක්‍රියාකාරී ද්‍රවයෙන් යුරේනියම් හා ප්ලූටෝනීයම් නිස්සාරණය කරගනු ලැබේ. ඉන්පසු නිස්සාරිත කාබනික කලාපයෙන් වැඩිමනත් යුරේනියම් හා ප්ලූටෝනියම් හා විඛණ්ඩන ඵල ස්වල්පයක් පමණක් අඩංගු මාධ්‍යට ක්‍රියාකාරී ද්‍රවවයක් තනා ගනු ලැබේ. ඉන්පසු මෙම ජලීය ද්‍රාවණය නැවත ට්‍රයිබිවුටයිල් පොස්පේට් / හයිඩ්‍රොකාබන මගින් නව කාබනික කලාපයක් සාදමින් නැවත නිස්සාරණය කරනු ලැබේ. ඉන්පසු ලෝහ දරා සිටින කාබනික කලාපය කෙමෙන් කෙමෙන් ලෝහය ඉවත් කරමින් යුරේනියම් හා ප්ලූවොරීන් පමණක් අඩංගු ජලීය ද්‍රාවණයක් සාදනු ලැබේ. නිස්සාරණයේ අදියර 2 ක් යොදා ගන්නේ ඇක්ටිනයිඩ ඵලවල සංශුද්ධතාව වැඩි දියුණු කිරීම සදහාය. පළමු නිස්සාරණයට යොදාගන්නා කාබනික කලාපය විශාල විකිරණ ප්‍රමාණයකට නිරාවරණය වේ. විකිරණ මගින් ට්‍රයිබිවුටයිල් පොස්ෆේට් ඩයිබියුටයිල් හයිඩ්‍රජන් පොස්ෆේට් බවට පත් විය හැක. ඩයිබියුටයිල් හයිඩ්‍රජන් පොස්පේට් නිසා පද්ධතිය වඩාත් සංකීර්ණ ආකාරයට ක්‍රියාත්මක විය හැක. මන්ද යත් එමගින් ලෝහ නිස්සාරණය කරන්නේ අයන හුවමාරු යාන්ත්‍රණයක් හරහාය. (අඩු අම්ල සාන්ද්‍රණ නිස්සාරණ ප්‍රමාණය වැඩිවේ) ඩයිබියුටයිල් හයිඩ්‍රජන් පොස්පේට්හි බලපෑම අඩු කිරීමට සාමාන්‍යයෙන් කරන්නේ භාවිතා කරන ලද කාබනික ස්ථරය සෝඩියම් කා‍බනේට් මගින් සේදීමයි.
අනාගත භාවිත සදහා නව ක්‍රම
පියුරෙක්ස් ක්‍රියා පටිපාටිය යූරෙක්ස් (UREX = URanium Extraction) ක්‍රියා පටිපාටියක් දක්වා නවීකරණය කළ හැක. එමගින් යූකා මවුන්ටන් (Yucca Mountain) වැනි මහා පරිමාණ න්‍යෂ්ටික අපද්‍රව්‍ය බැහැරලන ස්ථානවල ඉඩ පහසුකම් ඉතිරි කර ගත හැක. මෙමගින් අපද්‍රව්‍යවල ස්කන්ධයෙන් හා පරිමාවෙන් වැඩි ප්‍රමාණයක් අයත් කර ගන්නා යුරේනියම් ප්‍රතිචක්‍රීකරණය කර නැවත භාවිතයට යොදා ගනී.
යුරෙක්ස් ක්‍රියාපටිපාටිය ද පියුරෙක්ස් ක්‍රියාපටිපාටියක් වන අතර එය ප්ලූටෝනියම් නිස්සාරණය වැළැක්වීම සදහා නවීකරණය කළහැක. පළමු නිස්සාරණයට පෙර ප්ලූටෝනියම් ඔක්සිහාරකයක් එකතු කිරීමෙන් මෙය සිදු කළ හැක. යූරෙක්ස් ක්‍රියාපටිපාටියේ දී 99.9% යුරේනියම් හා > 95% ටෙක්නීටියම් (Technetium) අනෙකුත් විඛණ්ඩණ ඵලවලින් හා ඇක්ටිනයිඩවලින් වෙන් කෙරෙන අතර එකිනෙකින් ද වෙන් වේ. මෙහි ප්‍රධාන දෙය නිස්සාරිතයට ඇසිටොහයිඩ්‍රොක්සැමික් අම්ලය (acetohydronamic : AHA) එකතු කිරීම හා ක්‍රියාවලියේ පිරිපහදු අංශයයි. AHA එකතු කිරීම ප්ලූටෝනයිම් හා නෙප්චූනියම්වල නිස්සාරන හැකියාව ඉතා විශාල ලෙස අඩු කරයි.. එමගින් PUREX ක්‍රියා පටිපාටියේ ප්ලූටෝනියම් නිස්සාරණ ආදියට වඩා වැඩි බාධාවක් දක්වයි.
ට්‍රයි බියුටයිල් පොස්පේට් TBP සමග නිස්සාරක කාරකයක් , ocryl(phenyl) – N,N – dibutyl carbamoylmethyl phosphine oxide (CMPO) යොදා ගැනීමෙන් පියුරෙක්ස් ක්‍රියාවලිය ට්රූඑක්ස් (TRUEX ; TRansUranic Extraction) ක්‍රියාවලිය බවට පත් කළ හැකිය. මෙම ක්‍රමය හදුන්වා දෙන ලද්දේ ඇමරිකා එක්සත් ජනපදයේ ආර්ගෝන් (Argonne) ජාතික පර්යේෂණාගාරය විසිනි. එය නිර්මාණය කර ඇත්තේ පාර යුරේනිතලෝහ (Am / cm) අපද්‍රව්‍ය වලින් ඉවත් කිරීමටය. මෙහිදී අපද්‍රව්‍යවල ඇල්පා ක්‍රියාකාරීත්වය අඩු කරන අතර එමගින් ඉතා පහසුවෙන් අපද්‍රව්‍ය බැහැර කළ හැකිය. මෙම ක්‍රියාවලිය ක්‍රියාත්මක වන්නේ ද්‍රව්‍යතා යාන්ත්‍රණයක් හරහාය.
ට්රූඑක්ස් ක්‍රියාවලියට විකල්පයක් ලෙස මැලොන්ඩයමයිඩ් (malondiamide) යොදා ගන්නා නිස්සාරණ ක්‍රමයක් හදුන්වා දී ඇත. ඩයමෙක්ස් (DIAMEX ; DIAMide Extraction) ක්‍රියාවලියේ වාසියක් වන්නේ කාබන්, හයිඩ්‍රජන් , නයිට්‍රජන් හා ඔක්සිජන් හැර වෙනත් මූල ද්‍රව්‍ය අඩංගු කාබනික අපද්‍රව්‍ය උත්පාදනය වීම වැළකීමයි. මෙම අපද්‍රව්‍ය අම්ල වැසිවලට උරදෙන ආම්ලික වායු නොසෑදෙන සේ දහනය කළ හැකිය. ඩයමෙක්ස් ක්‍රමය ප්‍රංශ CEA මගින් යුරෝපයේ භාවිතයට ගනී. ක්‍රියාවලිය ගැන දැනට පවතින දැනුමෙන් කාර්මික කම්හල් ඉදි කිරීමට තරම් මෙම ක්‍රියාවලිය පරිණත වී ඇත. මෙම ක්‍රියාවලිය ද භාවිතා කරන්නේ ද්‍රව්‍යතා යාන්ත්‍රණයක්ය.
තෝරාගත් ඇක්ටිනයිඩ නිස්සාරණය (Selective ActiNide Extraction) කුඩා ඇක්ටිනයිඩ කළමණාකරණයේ අංශයක් ලෙස මෙමගින් යෝජනා කර ඇත්තේ ලැන්තනයිඩ හා ත්‍රී සංයුජ කුඩා ඇක්ටිනයිඩ ඩයමෙක්ස් හෝ ට්රූඑක්ස් වැනි ක්‍රියාවලි මගින් ඉවත් කරගත යුතුය. ඇමරිසියම් (americium) වැනි මූල ද්‍රව්‍ය කාර්මිකව නැවත භාවිත කිරීමට හෝ ඉන්ධන ලෙස භාවිතා කිරීමට ලැන්තනයිඩ ඉවත් කළ යුතුය. ලැන්තනයිඩවල විශාල නියුට්‍රෝන හරස් කඩක් ඇති අතර එමගින් නියුට්‍රෝන මගින් දිවෙන න්‍යෂ්ටික ප්‍රතික්‍රියා විෂ කෙරේ.
ඩයිතයෝපොස්ෆිනික් අම්ල වැනි පද්ධති ද සමහරුන් විසින් භාවිතා කරනු ලබයි.
රුසියාවේදී හා චෙක් ජනරජය මගින් දියුණු කරන ලද සර්වත්‍ර නිස්සාරණ (Universal Extraction) ක්‍රියාවලිය මගින් භාවිතා කරන ලද න්‍යෂ්ටික ඉන්ධනවලින් ප්ලූටෝනියම් හා යුරේනියම් නිස්සාරණයෙන් පසු ඉතිරි වන රුෆිනේට (raffinate) වලින් බොහෝමයක් කරදරකාරී (Sr , Cs හා කුඩා ඇක්ටිනයිඩ) විකිරණශීලී සමස්ථානික ඉවත් කෙරේ. මෙහි රසායනය පදනම් වී ඇත්තේ සීසියම් හා ස්ට්‍රොන්ටියම් සමග පොලි එතිලීන් ඔක්සයිඩ (පොලි එතිලින් ග්ලයිකෝල්) හා කොබෝල්ට් කාබොඇනායන (ක්ලෝනී කෘත කොබෝල්ට් ඩයිකා(ර්)බොලයිඩ්) අතර අන්තර් ක්‍රියාකාරිත්වයි. ඇක්මිනයිඩ නිස්සාරණය කරනු ලබන්නේ CMPO මගින් වන අතර තනුක කාරකය නයිට්‍රොබෙන්සීන් වැනි ධ්‍රැවීය ඇරෝමැටිකයකි. Meta – nitrobenzotrifluoride හා phenyl trifluoromethyl sulfone වැනි තනුක කාරක ද යෝජනා වී ඇත.
විවිධ මතුපිටවලට විඛණ්ඩන ඵල අවශෝෂණය
න්‍යෂ්ටික රසායනයේ තවත් වැදගත් අංශයක් වන්නේ විවිධ මතුපිටවල් සමග විඛණ්ඩනඵල ප්‍රතික්‍රියා කරන ආකාරයයි. මෙම අරමුණ සාමාන්‍ය තත්ව යටතේ දී අපද්‍රව්‍ය බහාලුම්වලින් හා අනතුරු තත්ව යටතේ දී ජව ප්‍රතික්‍රියාකාරක තුළ විඛණ්ඩන ඵලවල නිකුත් වීමේ හා සංරචණ සීඝ්‍රතා පාලනය කිරීමයි. ක්‍රෝමේට , මොලිබ්ඩේට , 99TcO4 ඇනායනවලට ලෝහ මතුපිට සමග ප්‍රතික්‍රියාකර විඛාදනයට ප්‍රතිරෝධී පටලක් සෑදිය හැක. මෙලෙස මෙම මෙටලොක්සෝ (metaloxo) ඇනායන ඇනෝඩීය විඛාදන නිශේධන ලෙස ක්‍රියා කරයි. ලෝහ මතුපිටවල 99TcO2 ඇතිවීම න්‍යෂ්ටික උපකරණ හා න්‍යෂ්ටික අපද්‍රව්‍ය බහාලුම් තුළින් 99 Tc නිකුත් වීම මන්දනය කරයි. මෙම 99TcO2 ස්ථරය ඇනෝඩීය විඛාදන ප්‍රතික්‍රියා නිශේධනය කරයි. ටෙක්නීටියම්වල විකිරණශීලී පසුබිම මෙම විඛාදන ආරක්ෂණය ප්‍රායෝගික නොවන තත්වයට පත් කරයි. තවද 99TcO4 ඇනායන සක්‍රීය කාබන් (ගල් අගුරු) හෝ ඇලුමිනියම් මතුපිට ද ස්ථර සාදයි.
න්‍යෂ්ටික අපද්‍රව්‍ය තුළ 99Tc , 99TcO4 ඇනායන ලෙස හැර වෙනත් ආකාරවලින් ද තිබිය හැක. ඒවාට වෙනස් රසායනික ගුණ තිබිය හැක.
දරුණු ජව ප්‍රතික්‍රියාකාරක අනතුරකදි අයඩින් 131 නිදහස් වීම න්‍යෂ්ටික බලාගාර තුළදී ලෝහ මතුපිටකට අවශෝෂණයෙන් පාලනය කරගත හැක.