Исследователи из Университета штата Вашингтон разработали новый метод идентификации солей в плавильных установках для ядерных отходов, что может значительно улучшить технологию очистки, в том числе на площадке Хэнфорд — одном из крупнейших и сложнейших объектов по переработке ядерных отходов в мире.
Согласно исследованию, опубликованному в журнале Measurement, учёные использовали два детектора для обнаружения тонких слоёв сульфатных, хлоридных и фторидных солей во время процесса витрификации — преобразования ядерных отходов в стекло.
«Нам удалось продемонстрировать технику, позволяющую видеть момент образования солей. Благодаря этому можно контролировать плавильные установки и корректировать состав загружаемых материалов», — рассказал Джон Басси, студент университета и один из ведущих авторов исследования.
Процесс витрификации включает загрузку ядерных отходов в крупные плавильные установки с последующим нагревом до высоких температур. Полученное стекло заливается в цилиндры и затвердевает для длительного безопасного хранения. Министерство энергетики США строит завод по витрификации на площадке Хэнфорд, где хранится 55 миллионов галлонов химических и ядерных отходов в 177 резервуарах.
Особая сложность площадки Хэнфорд заключается в том, что она использовалась для производства плутония для первой ядерной бомбы, и отходы содержат практически все элементы периодической таблицы. Образование солей в процессе переработки может привести к коррозии дорогостоящего оборудования и потенциальному загрязнению при контакте с водой во время хранения.
Используя систему, разработанную в Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории и Массачусетском технологическом институте, исследователи применили оптические и электрические компоненты для анализа излучения между инфракрасным и микроволновым диапазонами.
«Уникальность метода заключается в том, что не требуется дополнительное освещение или системы — исключительно на основе тепла, исходящего от расплава, мы можем анализировать яркость однопиксельных изображений и определять происходящие процессы», — пояснил Иан Уэллс, соавтор исследования и аспирант Школы механики и материаловедения WSU.
Система способна различать типы солей и работать дистанционно, что исключает необходимость погружения датчиков в радиоактивное расплавленное стекло.
«Эта разработка существенно приближает технологию мониторинга к практическому применению на заводе по витрификации», — отметил Басси.
Исследователи предполагают, что данная технология может найти применение в реакторах на расплавах солей и различных производственных процессах, включая изготовление стекла, эпоксидных смол и углеродного волокна. В дальнейшем планируется перейти от лабораторных испытаний к крупномасштабным тестам плавления.