导读 想象一下，将10加仑的汽油填满您的汽油箱，行驶到足以燃烧半加仑的程度，然后将其余的全部丢弃。然后，重复。这实际上是核工业遵循的做法。

想象一下，将10加仑的汽油填满您的汽油箱，行驶到足以燃烧半加仑的程度，然后将其余的全部丢弃。然后，重复。这实际上是核工业遵循的做法。发电厂用过的核燃料仍具有95%的发电潜力。当前的计划是将废弃的核燃料处置在地质处置库中。那么，为什么不回收呢?事实证明，将乏核燃料的可用部分与不可用部分分开是很复杂的。

PNNL化学家，实验室研究员Gregg Lumetta说：“用过的核燃料大约占周期表的一半。因此，从化学的角度来看，还有很多事情要做。” “并且为了减少扩散的风险，最好在分离过程中的任何时候都不生产纯“。”

太平洋西北国家实验室(PNNL)的研究人员开发了一种创新功能，可以实时快速分离，监控和严格控制特定的铀和p比率，这是有效控制所得产品和保护核材料的重要成就。

乏核燃料循环利用

随着对无碳电力需求的不断增长，核能已成为绿色能源组合的一种选择，尤其是在即将出现的先进反应堆中。但是，仍然有一些大的挑战需要克服：目前未使用的乏核燃料会发生什么情况，以及我们如何为先进反应堆提供动力?

PNNL的化学家阿曼达·莱恩斯(Amanda Lines)表示：“也许这些挑战具有相同的解决方案-回收乏核燃料以生产新燃料。“在一个能源需求不断增长，碳足迹不断增长的世界中，我们如何更好地利用乏核燃料?”

可以设计出新的先进反应堆，以消耗回收燃料。但是，回收乏核燃料意味着将能产生能量的everything与混合物中的其他所有物质分离，而不是将其以纯净形式分离，这被视为具有扩散风险。同样，最终产品必须是铀与p的精确比例，才能生产可在核反应堆中重复使用的新燃料。

解构的沙拉酱

分离乏核燃料就像试图破坏醋制沙拉酱，目的是将食材从醋变成油。

化学浆料被送入离心机处理系统，该系统看起来像一个巨大的药盒，每个隔室都包含一个用于混合的转子。溶液从系统的一端流到另一端，在此过程中混合，离心，添加或减去不同的化学成分。在整个过程中，实时监控可提供关键的见解，以了解需要进行哪些调整才能保持特定的化学成分。

莱恩斯说：“实时监测对于确定确切的化学元素比率至关重要。我们真正关注的是铀-lu的百分比，并确切知道它们在任何给定的点是什么。”

实时监控还可以提高效率，降低成本，并将已建立的过程带入一个更现代，更未来的领域。

Lines说：“最终，它通过提供近乎即时的信息来帮助控制和理解化学过程，从而赋予研究人员和操作人员权力。”

PNNL的实时监控功能在过去25年中呈指数级增长，与燃料回收和分离研究的悠久历史交织在一起。

从工业到微型

分离研究人员通常依靠人造的模拟乏核燃料来模拟化学过程，因为获取和研究的实际乏核燃料非常昂贵。但是，模拟乏核燃料的成本也很高，特别是在研究批量回收和分离过程所必需的大型工业规模上。

为了应对这一挑战，PNNL开发了互补的方法，可以以更小，更便宜的规模进行生产。使用微流控技术或实时芯片技术，研究人员可以在显微镜载玻片大小的物体上跟踪化学过程。

莱恩斯说：“我们可以进行相同类型的分离研究，并在整个回收过程中跟踪铀燃料成分和裂变产物的确切组成，这与实验室或工业规模的研究相似。”

由于规模小得多，研究人员还能够使用实际的核废料。Lines说：“这项技术具有成本效益，并为开发和改进回收方法提供了难得的机会。”

废核燃料回收和分离已有50多年的历史

从减少高放射性废物中的辐射量到开发分离过程以去除乏燃料中的有害元素，PNNL拥有悠久的历史，可以解决最严峻的乏核燃料挑战。

卢米塔说：“几十年来，我们一直在推进燃油循环业务。” “这项最新的工作为我们提供了一个扩展平台，因为我们将继续追求先进的燃料循环选择的化学分离。”