为减少高放射性废物并使核反应堆更经济,太平洋西北国家实验室(PNNL)的研究人员正在研究使用实时光谱监测的方法,以改善乏核燃料的回收利用。


核电的最大卖点之一是为反应堆提供动力所需的燃料很少。一颗仅重0.35盎司(10克)的核燃料颗粒,其消耗的能量相当于一吨煤,但是令人惊讶的是,当该核燃料颗粒“被耗尽”时,它仍然含有95%的可裂变物质,仍未燃烧。


光谱传感器可以实时监控乏核燃料,以改善乏核燃料的回收利用


在美国,乏核燃料的标准选择是将其存储在地下,但这些存储设施并不能永久性地处置这种燃料,而是将其保留直到再次被使用。这是因为在乏燃料中仍然存在大量铀,以及医学和工程界急需的大量极有价值的放射性同位素。


这是乏燃料的真正问题,它是由元素周期表中一半元素的复杂混合物组成的。将它们分离出来是非常困难的,并且已经与尝试取消沙拉酱的混合以恢复原始成分进行了比较。尽管燃料加工是一个主要行业,但它加工缓慢、价格昂贵、并增加了生产纯的危险,这增加了核扩散问题。


为了改善回收过程,PNNL正在研究使用拉曼光谱法实时监测乏燃料,当乏燃料在溶液中流过传感器时。拉曼系统是一种化学分析技术,利用光与分子中的化学键的相互作用来获得有关其化学结构,相和多态性、晶体结构以及分子相互作用的信息。


光谱传感器可以实时监控乏核燃料,以改善乏核燃料的回收利用


使用此数据,可以监测工业量的乏燃料,将其转化为液体形式,然后送至离心机,然后按质量分离出不同的元素。实时监控可以更严格地控制铀和p之间的比率,并去除不需要的元素和同位素,以生产可在高级反应堆中燃烧的新的循环燃料。


PNNL化学家阿曼达·莱恩斯(Amanda Lines)表示,实时监测对于确定确切的化学元素比至关重要。通过提供近乎即时的信息来帮助控制和理解化学过程,从而赋予研究人员和操作人员权力。


光谱传感器可以实时监控乏核燃料,以改善乏核燃料的回收利用


这项技术具有成本效益,并为开发和改进回收方法提供了难得的机会。


这项研究发表在ACS Sensors上。


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