p Imagine encher seu tanque de gasolina com 10 galões de gasolina, dirigindo apenas o suficiente para queimar meio galão e descartando o resto. Então, repetir. Essa é essencialmente a prática que a indústria nuclear dos EUA está seguindo. p O combustível nuclear gasto em usinas de energia ainda tem 95% de seu potencial para produzir eletricidade. Os planos atuais são para descartar o combustível nuclear usado em um repositório geológico. Então, por que não é reciclado? Acontece que separar as partes utilizáveis ​​das não utilizáveis ​​do combustível nuclear usado é complicado.

p “O combustível nuclear usado contém cerca de metade da tabela periódica. do ponto de vista da química, há muita coisa acontecendo, "disse Gregg Lumetta, Químico e colega de laboratório do PNNL. "E para reduzir o risco de proliferação, é melhor se o plutônio puro não for produzido em nenhum ponto do processo de separação. "

p Pesquisadores do Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) desenvolveram uma capacidade inovadora para separar rapidamente, monitor, e controlar rigidamente as proporções específicas de urânio e plutônio em tempo real - uma conquista importante no controle eficiente do produto resultante e na proteção do material nuclear.

p Uma dupla de reciclagem de combustível nuclear usado

p Com a crescente demanda por energia livre de carbono, nuclear é uma opção no mix de energia verde, particularmente com reatores avançados no horizonte. Ainda, ainda existem alguns grandes desafios a superar:o que acontece com o combustível nuclear gasto que atualmente não é utilizado, e como alimentamos reatores avançados?

p "Possivelmente, esses desafios têm a mesma solução - reciclar o combustível nuclear usado para fazer novo combustível, "disse Amanda Lines, um químico PNNL. "Em um mundo de maior demanda de energia, desafiada por pegadas de carbono crescentes, como podemos usar melhor o combustível nuclear usado? "

p Novos reatores avançados podem ser projetados para funcionar com combustível reciclado. Mas reciclar o combustível nuclear usado significa separar o plutônio gerador de energia de tudo o mais na mistura, embora não o separe na forma pura, o que é visto como um risco de proliferação. Também, o produto final deve ser uma proporção precisa de urânio para plutônio para produzir novo combustível que possa ser reutilizado em reatores nucleares.

p Molho de salada desconstruído

p Separar o combustível nuclear usado é como tentar desconstruir o molho vinagrete para salada com o objetivo de mover os ingredientes do vinagre para o óleo.

p A pasta química é alimentada em um sistema de processamento de centrífuga, que se parece com uma caixa de comprimidos gigante com cada compartimento contendo um rotor para a mistura. A solução flui de uma extremidade do sistema para a outra, misturando, centrifugação, adicionando, ou subtraindo diferentes componentes químicos ao longo do caminho. Ao longo do processo, o monitoramento em tempo real fornece percepções críticas sobre quais ajustes precisam ser feitos para manter composições químicas específicas.

p "O monitoramento em tempo real foi fundamental para determinar as proporções químicas elementares exatas. Realmente nos concentramos nas porcentagens de urânio-plutônio e sabíamos exatamente o que eram em qualquer ponto, "disse Lines.

p O monitoramento em tempo real também melhora a eficiência, reduz custos, e leva um processo estabelecido a um reino mais moderno e futurista.

p "Em última análise, ele capacita pesquisadores e operadores, fornecendo informações quase instantâneas para ajudar a controlar e compreender os processos químicos, "disse Lines.

p Os recursos de monitoramento em tempo real do PNNL evoluíram exponencialmente nos últimos 25 anos, cruzando com uma longa história de reciclagem de combustível e pesquisa de separações.

p De industrial a microescala

p Os pesquisadores de separações costumam confiar em produtos feitos pelo homem, combustível nuclear gasto simulado para imitar os processos químicos porque o combustível nuclear gasto real é caro para adquirir e estudar. Contudo, o combustível nuclear gasto simulado também é caro, particularmente em geral, escalas industriais necessárias para estudar a reciclagem a granel e processos de separação.

p Para enfrentar esse desafio, PNNL desenvolveu abordagens complementares que podem ser feitas em um muito menor, e muito menos caro, escala. Usando microfluídica, ou lab-on-a-chip, tecnologia combinada com monitoramento em tempo real, os pesquisadores podem rastrear processos químicos em algo do tamanho de uma lâmina de microscópio.

p "Podemos executar os mesmos tipos de estudos de separação e rastrear a composição exata dos componentes do combustível de urânio e dos produtos de fissão ao longo dos processos de reciclagem, semelhante ao que é feito em escala de laboratório ou industrial, "disse Lines.

p Os pesquisadores também podem usar o combustível nuclear gasto real porque a escala é muito menor. "Esta tecnologia é econômica e permite oportunidades incríveis para desenvolver e promover abordagens de reciclagem, "disse Lines.

p Mais de 50 anos de reciclagem e separação de combustível nuclear usado

p Desde a redução da quantidade de radiação em resíduos radioativos de alto nível até o desenvolvimento de um processo de separação para remover elementos perigosos no combustível irradiado, PNNL tem uma longa história resolvendo alguns dos mais difíceis desafios do combustível nuclear usado do país.

p "Temos avançado nas operações do ciclo do combustível por décadas, "Lumetta disse." Este trabalho mais recente é uma plataforma para expandirmos à medida que continuamos a buscar separações químicas para opções avançadas de ciclo de combustível. "