在全国范围内，具有环保意识的科学家和工程师正在领导新一代核反应堆设计。他们将核能与水力发电，风能和太阳能一起视为一种清洁，无碳的能源。几种创新的下一代反应堆设计更安全，更小，模块化且移动性更强。它们可以为太空飞行提供动力，使用再生核燃料运行，甚至可以充当应急响应的便携式发电机。一种设计是熔融盐反应堆(MSR)，在核领域正在获得动力。

但是，在任何这些新的反应堆设计成为现实之前，它们需要进行许多轮安全和运行测试。

得益于太平洋西北国家实验室(PNNL)的创新，反应堆改进和测试的艰巨任务变得更加轻松，该创新结合了远程，实时测试和对废气副产物的连续监控。结合面向工厂操作员的软件包，该开发为反应堆设计新时代中的远程，近乎瞬时的监控奠定了基础。

PNNL化学家阿曼达·莱恩斯(Amanda Lines)表示：“实时监控是一种宝贵的工具，尤其是在下一代反应堆的开发中。这可以帮助设计人员更有效地设计和测试流路，机构或过程。” “此外，当他们最终部署其反应堆系统时，这为操作员提供了一种更好地理解和控制这些过程的工具。”

化学配方，只能向后

核能发电的主要废气副产物是碘，碘以多种形式产生。在液体燃料熔融盐反应堆中，碘化合物的监测方法是在发电厂取样并在偏远的实验室进行分析。这种方法既缓慢又昂贵-更不用说增加的安全性挑战和在实验室中分析放射性样品的复杂性。实时监控不涉及人类与样品的直接交互，并且提供了风险更低，效率更高的替代方案。

Lines说：“就必须经过的步骤以及对碘和其他化学物质进行采样的时间表而言，这是真正的游戏规则改变者。”

所有核反应堆都产生废气裂变产物。碘气是一个特别令人担忧的问题，因为它具有放射毒性，容易蒸发，如果释放，会散发到空气中。熔融盐反应器的运行将需要对碘进行处理并从系统中实时清除碘。在常规的轻水反应堆中这不是必需的，因为碘被捕获在燃料棒中。为了实现实时洗涤，熔融盐反应堆工厂的操作人员将需要有关碘水平的连续信息。

跟踪放射性碘水平的现有过程是复杂且昂贵的。这涉及在分子水平上解开化学行为，因为碘可以通过与其他元素结合而不断变形，从而产生具有不同特性的新分子。这就像烤香料蛋糕，然后要求某人弄清楚每种成分。

化学“指纹”通过现有的现成技术的光谱光读数进行追踪。然后将它们转换为可供工厂操作员使用的实时可用信息。图片来源：Michael Perkins | 太平洋西北国家实验室

狩猎化学指纹

该研究小组将目光投向了针对两种常见形式的碘(一氯化碘和元素碘)，并提出了量化每种碘的方法。目的是使用两种常见的化学分析技术(拉曼光谱法和傅里叶变换红外光谱法)搜索每种碘的化学“指纹”。

尽管光谱读数对研究人员很有用，但将数据转换为操作员可用的信息至关重要。

莱恩斯说：“我们想要一种易于理解的输出，特别是对于那些没有花很多年时间盯着光谱数据的人。”

废气监控软件解决方案

该团队还开发了一种软件，该软件可以从现有的现有技术中获取高度敏感的光谱光读数，并将该数据转换为可供工厂操作员使用的实时可用信息。接下来，研究小组计划利用从这些研究中学到的知识，并将其扩展到其他副产物气体中。

“最终，这些工具可以帮助扩大研发工作，特别是在下一代反应堆设计和测试方面。实时监控可以通过解决前端问题来启用新型反应堆，” Sam Bryan说。 PNNL实验室研究员兼化学家。

分享知识

该研究小组设在PNNL的非反应堆核研究设施的放射化学处理实验室中，成员包括：Amanda Lines，Sam Bryan，Tim J. Johnson，Heather Felmy，Kendall Hughey，Ashley Bradley，Russell Tonkyn，Thomas Blake，Andrew Clifford ，阿丹·谢弗·麦地那(Adan Schafer Medina)，理查德·考克斯(Richard Cox)和珍妮弗·威尔逊(Jennifer Wilson)。