为了减少放射性废弃物、并让核反应堆的运营更具经济效益，美国太平洋西北国家实验室（PNNL）的科学家们，正在讲究一套基于实时光谱检测的新方法，以改善乏核燃料的回收利用。New Atlas 指出，核电最大的卖点之一，就是只需为反应堆提供极少的核燃料。一颗仅重 0.35 盎司（10 克）的核燃料颗粒，即可产出相当于一吨煤的能量。 乏燃料池资料图（来自：美国核管理委员会） 然而当前核电的一个主要短板，就是乏燃料在“被耗尽”时，仍含有 95% 的可裂变物质，迫使有关部门必须建设一个能够安全可靠地存储它们的乏燃料池。 以美国为例，当地设置的标准是将乏燃料存储在地下。但与许多人印象中的“永久埋藏”相反，这些设施并不能一劳永逸地处置完乏燃料，而是要将他们保留到可被再次利用。 主要原因是，乏燃料中仍在包含大量的可裂变元素（主要是铀），以及医学和工程界迫切需要的大量极具价值的放射性同位素。 乏燃料回收需借助化学处理系统来分离出 act 系元素 不过乏燃料的真正问题，是因为这堆复杂的混合物中包含了元素周期表中的一半元素，导致其分离工作变得异常艰难。 尽管核燃料加工行业已颇具技术规模，但当前不仅加工进度十分缓慢、价格也相当昂贵，更别提生产纯钚（plutonium）危险性、以及面临着核扩散等方面的问题。 庆幸的是，为改善回收流程，PNNL 正研究使用拉曼光谱仪（Raman Spectroscopy）来实时监测乏燃料。 使用基于不同激发波长的特定拉曼系统来识别乏燃料中的化学物质 PNNL 研究人员指出，当乏燃料在溶液中流经传感器时，这套化学分析系统能够利用光与分子中的化学键的相互作用，来获得有关其化学结构、相态、多晶型、晶体结构、以及分子相互作用等信息。 基于这方面的数据，研究团队得以监测工业级的乏燃料、将之转化为液体形式、接着送至离心机，然后按质量分离出不同的元素。 实时监测能够严格地控制铀与钚之间的比率，并去除不需要的元素和同位素，以生产出能够在高级反应堆中作为核燃料的循环材料。 研究配图：拉曼光谱传感器结构与功能示意 PNNL 化学家阿曼达·莱恩斯（Amanda Lines）表示，实时监测对于确定确切的化学元素比率至关重要。 对于研究人员来说，它可通过提供近乎实时的信息，来帮助控制和理解化学过程，从而增强了操作人员的能力。 更棒的是，这项技术具有极高的成本效益，并未开发和改进回收方案而提供了难得的机遇。 有关这项研究的详情，已经发表在近日出版的《ACS Sensor》期刊上，原标题为： 《Sensor Fusion: Comprehensive Real-Time, On-Line Monitoring for Process Control via Visible, Near-Infrared, and Raman Spectroscopy》。
