Типичный ядерный реактор использует только малую часть своих топливных стержней для получения энергии перед энергогенерирующими реакция, естественно, прекращается. То, что осталось позади-это ассортимент радиоактивных элементов, включая неиспользованное топливо, которые утилизировать как ядерные отходы в США. Хотя некоторые элементы, переработанные отходы могут быть использованы для питания новых поколений ядерных реакторов, извлекая остатки топлива таким образом, чтобы предотвратить возможные злоупотребления является актуальной задачей.
Теперь, Техасский а&м Университет машиностроения исследователи разработали простой, устойчивых с точки зрения распространения подход для разделения различных компонентов ядерных отходов. Одношаговое химической реакции, описанной в февральском номере журнала Промышленное и инженерных изысканий химии, приводит к образованию кристаллов, содержащих все остатки ядерных топливных элементов распределены равномерно.
Исследователи также отметили, что простота их подход обработка делает перевод от стенда лаборатории к промышленности осуществимо.
«Наша стратегия переработки могут быть легко интегрированы в лист химических средств для промышленного внедрения», — сказал Джонатан Бернс, научный сотрудник Техасского университета A&м Инжиниринг опытная станция по атомной энергетике и научного центра. «Другими словами, реакция может быть повторен несколько раз, чтобы увеличить выход топлива и дальнейшего снижения радиоактивных ядерных отходов.»
Основой производства энергии в ядерных реакторах термоядерного деления. В этой реакции тяжелых ядер, как правило, урана, при попадании частиц, называемых нейтронами, становится неустойчивым и разрывается на более мелкие, более легкие элементы. Однако, Уран может поглощать нейтроны и становятся все тяжелее формировать элементы, например нептуний, плутоний и америций, прежде чем вновь расщепления и высвобождения энергии.
Со временем эти реакции деления, приводит к накоплению более легких элементов в ядерном реакторе. Но примерно половина из этих продуктов деления считаются нейтронные яды, они также поглощают нейтроны, как отработанное ядерное топливо, оставив меньше для реакции деления, в конечном счете приблизить производство энергии к остановке.
Следовательно, использованные топливные стержни содержат продукты деления, остатки урана и небольших количеств плутония, нептуния и америция. В настоящее время, эти элементы в совокупности ядерных отходов в США и суждено быть спрятаны в подземных хранилищах из-за их высокой радиоактивности.
«Ядерные отходы-это двуединая задача», — сказал Бернс. «Во-первых, почти 95% от исходного материала топливо осталось неиспользованным, а во-вторых, отходы мы производим содержит долгоживущие радиоактивные элементы. Нептуний и америций, например, могут существовать и излучать до сотен тысяч лет.»
Ученые добились некоторых успехов с разделения урана, плутония и нептуния. Однако, эти методы очень сложны и имели ограниченный успех на разделение америция. Кроме того, Бернс заявил, что Министерство энергетики Соединенных Штатов требует стратегии переработки на устойчивых с точки зрения распространения, что означает, что плутоний, который может использоваться в оружии, никогда не должны быть отделены от других элементов ядерного топлива в процессе переработки.
Для решения неудовлетворенных потребностей утилизации ядерных отходов, ученые исследовали, если была простая химическая реакция, которая может разделить все желательно отработавшего ядерного топлива химические элементы вместе.
Из более ранних исследований, ученые знали, что при комнатной температуре, Уран образует кристаллы в крепкую азотную кислоту. Внутри этих кристаллов, атомов урана расположены в уникальном профиле-центральный атом урана, зажатый между двумя атомами кислорода по обе стороны, разделяя шесть электронов каждого атома кислорода.
«Мы сразу поняли, что эта кристаллическая структура может быть способ, чтобы отделить плутоний, нептуний и америций, так как все эти тяжелые элементы принадлежат к тому же семейству, что урана», — сказал Бернс.
Исследователи предположили, что если плутоний, нептуний и америций предположить аналогичную структуру соединения с кислородом, как уран, то эти элементы будут интегрироваться в кристалл урана.
Для своих экспериментов они приготовили суррогатной раствора урана, плутония, нептуния и америция в сильно концентрированной азотной кислоте при 60-90 градусов, чтобы имитировать растворение реального твэла в сильной кислоте. Они обнаружили, когда раствор достиг комнатной температуры, как и было предсказано, что урана, нептуния, плутония и америция отделяют от раствора вместе, равномерно распределяя себя внутри кристаллов.
Бернс отметил, что этот упрощенный, пошаговый процесс также устойчивых к распространению, так как плутоний, не изолирован, но включены в кристаллы урана.
«Идея заключается в том, что переработанное топливо, получаемое из наших установленном химической реакции может быть использован в будущих поколениях реакторов, которые бы не только сжигать Уран, как и большинство современных реакторов, а также другие тяжелые элементы, например нептуний, плутоний и америций», — сказал Бернс. «В дополнение к решению проблемы утилизации топлива и уменьшения риска распространения, наша стратегия будет резко сократить ядерные отходы просто продукты деления, чья радиоактивность в сотни, а не сотни тысяч лет».
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!