六级核分离:3D打印零件有助于回收核废料

时间:2019-10-21 21:40 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

六级核分离:3D打印零件有助于回收核废料
  Argonne的科学家希望通过3D打印来缓解分离焦虑,这为回收更多核材料铺平了道路。

  宇航员现在在太空中打印自己的零件,以维修国际空间站。哈佛大学的科学家刚刚发现了一种打印器官组织的方法,这是可能创建3D打印生物器官的重要一步。这些只是3D打印或增材制造如何革新科学和技术的两个例子。

  随着科学家们逐步获得创建柔性材料,零件和传感器的好处,3D打印技术的进步也有望改变核工业。根据美国能源部(DOE)阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)科学家的一项新的关键突破,增材制造甚至可以帮助我们更有效地回收废旧核燃料。

  “这一额外的步骤可能会使存储时间减少近一千倍,” —阿尔贡核化学家安德鲁·布雷西尔斯(Andrew Breshears)我们可以通过几种方式来回收核反应堆中的废物,包括Argonne科学家在1970年代开发的一种方法。通过这些方法,核工程师可以从反应堆中回收95%的乏核燃料,仅将5%的燃料作为长期废物存储。但是现在,Argonne科学家第一次印刷了3D零件,这些零件为回收更多核废料铺平了道路,正如2019年9月6日在《科学报告》中的文章中所详述的那样。

  减少回收再利用

  乍一看,回收另外2%的核废料听起来并不多。但这将大大减少废物的储存量和减少危险的时间。

  Argonne核化学家和合著者安德鲁·布雷西尔斯(Andrew Breshears)表示:“而不是将百分之五的信息存储数十万年,而将剩余的百分之三的信息存储至多约一千年。” “换句话说,这个额外的步骤可以使存储时间减少近一千倍。”而且,在第四代快堆中分解核材料将产生额外的电力。

  为了实现这一目标,阿贡大学的科学家首先必须将高放射性act系元素同位素—和cur与镧系元素或稀土金属分离,镧系元素或稀土金属在大多数情况下都不具有放射性。

  早在2013年,现在加入内华达大学拉斯维加斯分校的化学家Artem V. Gelis和他的Argonne同事共同创建了一个蓝图,以回收额外的2%的Act系元素镧系元素分离工艺(ALSEP)。

  然而,该团队面临着一个共同的科学挑战:如何将他们的工作从实验室的试管转换为更大的过程,从而转化为工业规模。那就是增材制造的地方。

  该团队围绕分离化学品的设备(称为离心接触器)重新设计了ALSEP工艺。阿贡公司的工程师彼得·科扎克(Peter Kozak)印刷了多个接触器并将它们链接在一起,从而将一个小(缓慢)的过程变成了一个过程,科学家可以在其中不间断地将act系元素与镧系元素分离。

  Breshears说:“这弥合了实验室规模和工业规模元素分离之间的鸿沟。”

  缓解分离焦虑

  为了实现这一发现,阿贡大学的科学家从模拟核燃料开始,通过改进的P铀还原萃取(PUREX)工艺从铀中提取了铀,p和n。研究小组将这种含有the和cur的液体混合物添加到了20个接触器的一侧。另一方面,该团队添加了旨在分离the系元素的工业化学品混合物。

  遵循36步分离蓝图,科学家从镧系元素中去除了99.9%的the系元素。这是一项惊人的壮举,因为两组元素共享相似的化学成分。Breshears说:“它们的氧化态是相同的,使其很难分离。”

  在此过程中,科学家们发现了使用3D打印部件的另外两个好处。首先是接触器提供了防止核扩散的内在保障措施。连接20个接触器的管子在每个设备的内部运行,这使得从过程中转移p或其他放射性物质变得更加困难。

  第二点是3D打印的零件很灵活。“如果零件确实发生故障,则很容易重印和更换它。我们可以轻松地添加或删除步骤。” Kozak说。

  尽管这一进步是朝着正确方向迈出的一步,但还需要做更多的工作。Breshears说:“也许我们会找到一种缩减流程规模的新方法。” “我们越能区分act系元素,就越能减少它们对公众和环境的影响。”

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