NSSPI研究人員提出新方法應對乏燃料後處理難題

【導言】德州農工大學卡城分校研究者們近日提出一種組分離-共結晶技術，可以解決後處理中鎇鋦分離難題，為解決美國的乏燃料後處理提供了新思路。

在過去的60年里，美國民用核能已經產生了70000多噸乏燃料，目前美國尚無可存儲大量乏燃料可用的的儲存庫，預計在未來三十年美國乏燃料數量會再翻一番，而且美國目前尚無大規模處理乏燃料的後處理方法。

NSSPI（德州農工大學卡城分校）的學生安德魯·威爾考克斯表示：「核燃料中的鈾用於燃燒發電的只有4%，這意味著還有約96%的鈾和其他核廢料混在一起，這些鈾可以和鈈一起回收。除此之外，在發電過程中還會產生Am（鎇）和Np（鎿）的同位素，這些放射性物質即便在幾萬年之後仍有顯著的放射性。眾所周知，錒系元素——鈾、鎿、鈈以及鎇可繼續在反應堆作為燃料中或者採用其他的方式進行處理和燃燒。」

威爾考克斯是NSSPI的一名碩士生，與他的導師喬納森·伯恩斯博士（NSSPI副研究員）一起工作，研究一種被稱為共結晶的簡單後處理技術，這種技術主要用於從乏燃料中分離這些元素，並再製成核燃料在反應堆再次使用，這種共結晶技術可以大大地減少目前正在存儲的核廢物的量，目前美國的乏燃料主要在反應堆原址存儲，包括未來可能產生的那部分乏燃料在內（也要原址存儲）。

威爾考克斯和伯恩斯正在研究鉍酸鈉在核燃料後處理流程模擬料液中的溶解行為，發展可再次循環利用錒系元素鈾、鈈、鎿和鎇的組分離技術，可以顯著地簡化閉環核燃料循環，同時減少產生的核廢物總量。

這種組分離-共結晶技術的主要優勢是避免Am3+與Cm3+以及其他三價鑭系元素的分離操作，這主要是通過將通常將Am3+氧化成為AmO22+來實現的，Am3+與Cm3+在現在的乏燃料後處理流程中是很難實現分離的。在使用氧化法處理之前，這種錒系和鑭系元素分離是一項極具挑戰性的工作，這是因為這些元素具有相同的電荷而且離子大小相近。不過，氧化之後，可以利用這些元素化學以及物理性質方面的差異來將其從系統中除去，威爾考克斯一直在研究可以實現這一目標化學物質——鉍酸鈉的各種性質。

威爾考克斯2016年畢業於新墨西哥採礦和技術學院，並獲得了化學工程學位。此項研究是伯恩斯和他的橡樹嶺國家實驗室化學分離組，以及愛達荷國家實驗室水法分離和放射化學組的合作者們共同開發的共結晶-後處理技術研發工作的一部分。該項目是由美國能源部核燃料循環研究與發展計劃、美國能源部核能大學計劃以及美國能源部核能辦公室共同支持的。

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