乏燃料池資料圖(來(lái)自：美國(guó)核管理委員會(huì))

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

以美國(guó)為例，當(dāng)?shù)卦O(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)是將乏燃料存儲(chǔ)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?cè)?主要是鈾)，以及醫(yī)學(xué)和工程界迫切需要的大量極具價(jià)值的放射性同位素。

乏燃料回收需借助化學(xué)處理系統(tǒng)來(lái)分離出 act 系元素

不過(guò)乏燃料的真正問(wèn)題，是因?yàn)檫@堆復(fù)雜的混合物中包含了元素周期表中的一半元素，導(dǎo)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(dāng)前不僅加工進(jìn)度十分緩慢、價(jià)格也相當(dāng)昂貴，更別提生產(chǎn)純钚(plutonium)危險(xiǎn)性、以及面臨著核擴(kuò)散等方面的問(wèn)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(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)乏燃料。

使用基于不同激發(fā)波長(zhǎng)的特定拉曼系統(tǒng)來(lái)識(shí)別乏燃料中的化學(xué)物質(zhì)

PNNL 研究人員指出，當(dāng)乏燃料在溶液中流經(jīng)傳感器時(shí)，這套化學(xué)分析系統(tǒng)能夠利用光與分子中的化學(xué)鍵的相互作用，來(lái)獲得有關(guān)其化學(xué)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(tuán)隊(duì)得以監(jiān)測(cè)工業(yè)級(jí)的乏燃料、將之轉(zhuǎn)化為液體形式、接著送至離心機(jī)，然后按質(zhì)量分離出不同的元素。

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能夠嚴(yán)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(jí)反應(yīng)堆中作為核燃料的循環(huán)材料。

研究配圖：拉曼光譜傳感器結(jié)構(gòu)與功能示意

PNNL 化學(xué)家阿曼達(dá)·萊恩斯(Amanda Lines)表示，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)于確定確切的化學(xué)元素比率至關(guān)重要。