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PNNL验证低放射性核废料处理新方法:玻璃固化

随着冷战的结束,超级大国遗留下了大量的低放射性核废料。不过美国能源部西北太平洋国家实验室(PNNL)的科学家团队已经证明,未来它们会变得更加清洁。 据悉,PNNL 已经首次对低放射性核废料进行了持续性的玻璃化处理。在实验室里,研究团队已经将来自华盛顿州 Hanford Site 的三加仑(11.4 L)废料进行了固化实验。研究人员将放射性化学物质固定在了里面,把废料变成了一种更加耐用的玻璃。

PNNL 科学家们将放射性废物熔入一个测试平台的玻璃中,它是专为模仿在 Hanford 建造的“低放射性废弃物直投系统”(Direct Feed Low-Activity Waste)而设计的。


核废料是当前人类面临的一个重大环境问题:

即便将地球上的每一个核反应堆都突然关闭且不再新建,我们仍需对 3/4 个世纪里生产的数百万加仑的废弃物进行处理,更别提未来研究反应堆和医院放射实验室里的废弃物了。

问题的核心是找到一个长期储存核废料的地方,或者 开发 一种化学惰性工艺,使之无法与环境交互。

在当前一众核废料处理方案中,比较有前途的,就是“玻璃化”—— 即将过滤后的废弃物与玻璃成型材料混合,然后在熔炉中加热以产生硼硅酸盐玻璃 —— 后者能够保持数千年的稳定!

这种方法通常被用在高水平的核废料上(比如乏燃料棒),但现实是还有上百倍的低水平核废料等待处理:

这包括被放射性元素污染的废弃物、或曾暴露在中子辐射下的废弃物,比如衰退的医用同位素、染毒服装、实验动物尸体、以及大量以业态形式存在的低放射性反应堆残渣。

红色材料是来自 Hanford 地下某个储罐的放射性废料,这是它首次在持续过程中被制为固化的玻璃,与今后将投入使用的那套系统类似。


好消息是,PNNL 与管理 Hanford 核废料储罐的美国环境部河流保护办公室(ORP)和华盛顿河流保护解决方案(WRPS)机构达成了合作。

PNNL 将对‘低放射性废弃物直投’新工艺进行试点,其有望在未来某日,对美国在核军备竞赛期间遗留下来的数百万加仑的低放射性废弃物进行玻璃化处理。

测试旨在证明可以对核废料进行连续加工(而不是分批次处理)、更好地理解这个方法是如何工作的、以及做好扩展其规模的准备。

演示期间,PNNL 用到了来自 Hanford 的液态核废料,并借助过滤器和离子交换柱来清楚固体和重金属铯。

加工过的液体混合了用于制造玻璃的原料,然后将之泵入一个 5 英寸(12.7 CM)宽的熔炼炉里,以受控比率将它加热到 2100 ℉(1149 ℃)。

每间隔 30 分钟左右,就有大约 8 盎司(227 克)的玻璃被挤压成型,总重达到了 20 磅(9.1 公斤)。

与此同时,玻璃化过程释放出的放射性气体,经过冷凝后被还原成了液体。它们将被浓缩,并用于后续的玻璃化处理。

最后,PNNL 会对玻璃和灌浆进行分析,以确定它们是否达到了处理标准。

该机构称,他们计划在今年晚些时候展开另一项实验室玻璃化测试。 期间将验证一个不同的过滤和粒子交换工艺,对另一批来自 Hanford 废料池的液体进行处理,然后制作成玻璃。

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