德州农工大学开发出一种核废料处理简单方法可大幅减少核废料

提到核废料，几乎所有人都会避之不及，什么是核废料？核废料，是指带有放射性的废料，它不仅产生于核电站中，也产生于核燃料生产加工、医院、同位素生产等领域。和其他工业废料相比，核废料最大的特点就在于带有放射性，核废料危害来源也正是放射性。

核废料中大部分属于中低放废料，约占97%，在这97%的体积中，却只含有约5%的放射性，可以看出这些核废料放射性强度不高，危害较低。高放废料总量很少，只占核废料总量的约3%。对于中低放废料的处理，国际上通行的做法是将其装入特质的容器，运到具有专门辐射防护工程屏障的处理厂，进行地下掩埋或焚烧。

有人曾做过比较，如果美国所有的电力都由核电站提供的话，人均产生的核废料只有39.5克，而如果美国所有的电力都由燃煤电厂提供的话，其人均产生的二氧化碳就有10吨，还不包括其他有污染的气体和粉尘颗粒。但是，在这极少量的高放废料中，却包含有约95%的放射性，而且半衰期长达几十万年。因此，如何处理这些高放废料，正是让各国政府和科学家伤透脑筋的事情。

高放废料的危害之大在于其中含有多种对人体危害极大的高放射性元素，包括铀，钚，次锕系元素和裂变产物。国际原子能机构对于核废料的处理和处置要求很严，尤其是高放核废料。安全和永久地处理核废料是两个必需的条件。

尽管从废料中回收的某些元素可用于为新一代核反应堆提供动力，但以防止可能被滥用的方式提取剩余燃料仍然是一个持续的挑战。

现在，德克萨斯农工大学的工程研究人员设计出了一种简单、防扩散的方法，可以分离出核废料中的不同成分。该方法除解决燃料回收问题和减少核扩散风险外，还将大幅减少核废料。研究人员还指出，他们回收方法简单，该回收策略可以很容易地集成到化学流程表中，以便于工业规模实施。换句话说，该反应可以多次重复进行，以最大限度地提高燃料回收率，进一步减少放射性核废料。这使得从实验室到工业转换是可行的。

从早期的研究中，研究人员知道铀在室温下会在强硝酸中形成晶体。在这些晶体内，铀原子以独特的轮廓排列-中心铀原子夹在两侧的两个氧原子之间，与每个氧原子共享六个电子。研究人员立即意识到，这种晶体结构可能是分离出钚、镎和镅的一种方法，因为这些重元素都和铀属于同一个家族。研究人员假设，如果钚、镎和镅与铀假设与氧化学键结合结构与铀相似，那么这些元素就会融入铀晶体中。

为了进行实验，研究人员在60-90摄氏度的高浓度硝酸中制备了一种由铀、钚、镎和镅组成的替代溶液，以模拟真正的燃料棒在强酸中的溶解情况。他们发现，当溶液达到室温时，正如预测的那样，铀、镎、钚和镅一起从溶液中分离出来，均匀地分布在晶体内。研究人员指出，这种简化单步工艺也具有抗扩散性，因为钚不是被分离出来的，而是融入到铀晶体内，所以这种简化单步工艺也是防扩散的。获取更多前沿科技信息访问：https://byteclicks.com

通过该方法产生的后处理燃料可以用于未来的聚变反应堆，这些反应堆不仅可以像现在的大多数反应堆一样燃烧铀，还可以燃烧其他重元素，如镎、钚和镅等。该方法除解决燃料回收问题和减少核扩散风险外，还将大幅减少核废料。