科學家借助拉曼光譜傳感器來加速乏核燃料的回收再利用

       為了減少放射性廢棄物、并讓核反應堆的運營更具經(jīng)濟效益，美國太平洋西北國家實驗室(PNNL)的科學家們，正在講究一套基于實時光譜檢測的新方法，以改善乏核燃料的回收利用。New Atlas 指出，核電最大的賣點之一，就是只需為反應堆提供極少的核燃料。一顆僅重 0.35 盎司(10 克)的核燃料顆粒，即可產(chǎn)出相當于一噸煤的能量。

　　然而當前核電的一個主要短板，就是乏燃料在“被耗盡”時，仍含有 95% 的可裂變物質(zhì)，迫使有關(guān)部門必須建設(shè)一個能夠安全可靠地存儲它們的乏燃料池。

　　以美國為例，當?shù)卦O(shè)置的標準是將乏燃料存儲在地下。但與許多人印象中的“永久埋藏”相反，這些設(shè)施并不能一勞永逸地處置完乏燃料，而是要將他們保留到可被再次利用。

　　主要原因是，乏燃料中仍在包含大量的可裂變元素(主要是鈾)，以及醫(yī)學和工程界迫切需要的大量具有價值的放射性同位素。

　　不過乏燃料的真正問題，是因為這堆復雜的混合物中包含了元素周期表中的一半元素，導致其分離工作變得異常艱難。

　　盡管核燃料加工行業(yè)已頗具技術(shù)規(guī)模，但當前不僅加工進度十分緩慢、價格也相當昂貴，更別提生產(chǎn)純钚(plutonium)危險性、以及面臨著核擴散等方面的問題。

　　慶幸的是，為改善回收流程，PNNL 正研究使用拉曼光譜儀(Raman Spectroscopy)來實時監(jiān)測乏燃料。

　　PNNL 研究人員指出，當乏燃料在溶液中流經(jīng)傳感器時，這套化學分析系統(tǒng)能夠利用光與分子中的化學鍵的相互作用，來獲得有關(guān)其化學結(jié)構(gòu)、相態(tài)、多晶型、晶體結(jié)構(gòu)、以及分子相互作用等信息。

　　基于這方面的數(shù)據(jù)，研究團隊得以監(jiān)測工業(yè)級的乏燃料、將之轉(zhuǎn)化為液體形式、接著送至離心機，然后按質(zhì)量分離出不同的元素。

　　實時監(jiān)測能夠嚴格地控制鈾與钚之間的比率，并去除不需要的元素和同位素，以生產(chǎn)出能夠在高級反應堆中作為核燃料的循環(huán)材料。

　　PNNL 化學家阿曼達·萊恩斯(Amanda Lines)表示，實時監(jiān)測對于確定確切的化學元素比率至關(guān)重要。

　　對于研究人員來說，它可通過提供近乎實時的信息，來幫助控制和理解化學過程，從而增強了操作人員的能力。更棒的是，這項技術(shù)具有極高的成本效益，并未開發(fā)和改進回收方案而提供了難得的機遇。

　　有關(guān)這項研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《ACS Sensor》期刊上，原標題為：《Sensor Fusion: Comprehensive Real-Time, On-Line Monitoring for Process Control via Visible, Near-Infrared, and Raman Spectroscopy》。