一种新方法用于检测核废料熔化器中的盐，可能会增强清理技术，特别是在汉福德工地，该工地被认为是世界上最大的、最复杂的核废料清理地点之一。研究人员利用两个探测器在玻璃化过程中识别硫酸盐、氯化物和氟化物盐的薄层，这一过程将核废料转化为玻璃。这些盐的产生可能对废物的处理和安全存储构成挑战。
一种新方法用于检测核废料熔化器中的盐，可能会增强清理技术，特别是在汉福德工地，该工地被认为是世界上最大的、最复杂的核废料清理地点之一。
在发表于Measurement期刊的一项研究中，来自华盛顿州立大学的研究人员利用两个探测器定位在玻璃化过程（将核废料转化为存储用玻璃的过程）中形成的硫酸盐、氯化物和氟化物盐的薄层。盐的积累对废物处理和存储构成问题。
“我们展示了一种监测盐开始形成的技术，”华盛顿州立大学的本科生和论文的共同作者约翰·巴西说道。“这允许对熔化器进行监测，以确定引入熔化的材料是否需要调整。”
玻璃化过程涉及在大型熔化器中将核废料加热到极高的温度。产生的玻璃随后被制成圆柱状，并固化以确保长期储存安全。
美国能源部目前正在汉福德工地建造一座玻璃化设施。巴西指出，由于其生产了第一颗核弹的铀的历史，汉福德的废物特别复杂，几乎包含了周期表上的每一个元素。该工地的177个储罐中存储着约5500万加仑的化学及核废物。
在核废物处理过程中，可能会形成盐，盐可能具腐蚀性，并可能损害昂贵的玻璃化设备。此外，由于这些盐可以溶解在水中，因此如果废物在存储过程中与水接触，可能会导致泄漏和污染。汉福德丰富的废物成分增加了盐形成的可能性。
“在玻璃化过程中，盐的形成是非常不受欢迎的，”巴西指出。
研究人员利用太平洋西北国家实验室和麻省理工学院开发的系统，应用光学和电气工具分析在熔化过程中发出的红外到微波光谱中的光。他们检查了与汉福德工地预期相当的玻璃熔化物。通过采用两种类型的探测器，他们研究了样品的热辐射及其时间变化。
“亮度为熔化、固化和盐形成过程提供了有趣的见解，”共同主笔、华盛顿州立大学机械与材料工程学院的研究生伊恩·威尔斯说道。“这种方法独特之处在于，它不需要额外的照明或系统；你可以仅凭熔化发出的热量测量单像素图像的亮度，并评估正在发生的事情。”
研究人员观察到熔化阶段的显著变化。无论是由于盐的形成还是在熔化和固化之间的变化，强度的明显变化都是显而易见的。他们比较了不同的熔化物，并识别出与盐的存在相关的行为。
“我们可以清楚地通过这些行为指标判断发生了什么，”威尔斯解释道。“我们对这个探头在盐存在的情况下竟然如此敏感感到惊讶。”
该系统能够区分不同类型的盐，并能在不需要浸入放射性熔化玻璃的情况下从远处感知它们，从而减少复杂性。
“这一进展使监测技术向在玻璃化工厂的实际应用更进一步，”巴西表示。“这种设备可以在进行最小修改的情况下直接部署在玻璃化工厂中。”
研究人员还设想了将该技术应用于熔盐核反应堆或各种制造方法，包括玻璃、环氧树脂或碳纤维的生产，那里在这些阶段获得相变和化合物形成的见解是必不可少的。他们计划未来从实验室测试过渡到更大规模的熔化测试。该研究得到了美国能源部环境管理办公室的支持。
