光譜傳感器實現(xiàn)實時監(jiān)控乏核燃料，及改善其回收利用

 核電的賣點之一是為反應(yīng)堆提供動力所需的燃料很少。一顆僅重0.35盎司（10克）的核燃料顆粒，其消耗的能量相當(dāng)于一噸煤，但是令人驚訝的是，當(dāng)該核燃料顆?！氨缓谋M”時，它仍然含有95％的可裂變物質(zhì)，仍未燃燒。

      在美國，乏核燃料的標(biāo)準(zhǔn)選擇是將其存儲在地下，但這些存儲設(shè)施并不能永久性地處置這種燃料，而是將其保留直到再次被使用。這是因為在乏燃料中仍然存在大量鈾，以及醫(yī)學(xué)和工程界急需的大量極有價值的放射性同位素。
      這是乏燃料的真正問題，它是由元素周期表中一半元素的復(fù)雜混合物組成的。將它們分離出來是非常困難的，并且已經(jīng)與嘗試取消沙拉醬的混合以恢復(fù)原始成分進行了比較。盡管燃料加工是一個主要行業(yè)，但它加工緩慢、價格昂貴、并增加了生產(chǎn)純的危險，這增加了核擴散問題。
      為了改善回收過程，PNNL正在研究使用拉曼光譜法實時監(jiān)測乏燃料，當(dāng)乏燃料在溶液中流過傳感器時。拉曼系統(tǒng)是一種化學(xué)分析技術(shù)，利用光與分子中的化學(xué)鍵的相互作用來獲得有關(guān)其化學(xué)結(jié)構(gòu)，相和多態(tài)性、晶體結(jié)構(gòu)以及分子相互作用的信息。

      使用此數(shù)據(jù)，可以監(jiān)測工業(yè)量的乏燃料，將其轉(zhuǎn)化為液體形式，然后送至離心機，然后按質(zhì)量分離出不同的元素。實時監(jiān)控可以更嚴(yán)格地控制鈾和p之間的比率，并去除不需要的元素和同位素，以生產(chǎn)可在反應(yīng)堆中燃燒的新的循環(huán)燃料。
      PNNL化學(xué)家阿曼達(dá)·萊恩斯（Amanda Lines）表示，實時監(jiān)測對于確定確切的化學(xué)元素比至關(guān)重要。通過提供近乎即時的信息來幫助控制和理解化學(xué)過程，從而賦予研究人員和操作人員權(quán)力。

      這項技術(shù)具有成本效益，并為開發(fā)和改進回收方法提供了難得的機會。這項研究發(fā)表在ACS Sensors上。