科学家借助拉曼光谱传感器来加速乏核燃料的回收再利用

为了减少放射性废料，并使核反应堆的运行更经济，太平洋西北国家实验室(PNNL)的科学家们正在开发一种基于实时光谱检测的新方法，以改进废旧核燃料的回收。新阿特拉斯指出，核能最大的卖点之一是，它只需要很少的核燃料就可以用于反应堆。一粒仅重0.35盎司(10克)的核燃料可以产生相当于一吨煤的能量。

然而，如今核电的一个主要缺点是，当乏燃料“耗尽”时，仍含有95%的裂变材料，这迫使当局为乏燃料建立一个安全可靠的存储池。

例如，在美国，当地的标准是将乏燃料储存在地下。但是，与许多人所想的“永久埋葬”相反，这些设施并不是要一次性处理用过的燃料，而是要将其保存起来，直到可以再次使用。

主要原因是，乏燃料继续含有大量的裂变元素，主要是铀，以及医学界和工程界迫切需要的大量有价值的放射性同位素。

但乏燃料的真正问题是，元素周期表中一半的元素都包含在这种复杂的混合物中，使其难以分离。

尽管其技术规模庞大，但核燃料加工过程缓慢而昂贵，更不用说生产纯钚的危险和核扩散的问题了。

幸运的是，为了改善回收过程，太平洋国家实验室正在使用拉曼光谱来实时监测乏燃料。

美国西北国家实验室的研究人员表示，该化学分析系统利用光与分子化学键的相互作用，获取在溶液中流过传感器的乏燃料的化学结构、相态、多态性、晶体结构和分子相互作用等信息。

基于这些数据，该团队能够监测工业级的乏燃料，将其转化为液体形式，将其送入离心机，并按质量分离不同的元素。

实时监测可以严格控制铀与钚的比例，并去除不需要的元素和同位素，以生产可用于先进反应堆的核燃料回收材料。

太平洋西北国家实验室的化学家阿曼达·莱恩斯表示，实时监测对确定确切的化学元素比例至关重要。

对于研究人员来说，它通过提供近乎实时的信息来帮助控制和理解化学过程，从而增强了操作人员的能力。更棒的是，该技术具有很高的成本效益，并提供了一个难得的机会，无需开发和改进回收解决方案。

这项研究详细发表在最近一期的《ACS Sensor》杂志上，最初的标题是“传感器融合:通过可见、近红外和拉曼光谱对过程控制进行全面实时、在线监测”。

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