In tutta la nazione, scienziati e ingegneri attenti all'ambiente stanno guidando una nuova generazione di progetti di reattori nucleari. Vedono l'energia nucleare come un pulito, fonte di energia priva di carbonio insieme all'energia idroelettrica, vento, e solare.

Molti degli innovativi, i progetti di reattori di nuova generazione sono più sicuri, più piccoli, modulare, e più mobile. Possono alimentare voli spaziali, funzionare con combustibile nucleare riciclato, e persino agire come generatori portatili per la risposta ai disastri. un disegno, reattori a sali fusi (MSR), stanno guadagnando slancio nella comunità nucleare.

Ma, prima che uno qualsiasi di questi nuovi progetti di reattori diventi realtà, devono essere sottoposti a molti cicli di test di sicurezza e operativi.

L'arduo compito di migliorare e testare il reattore è appena diventato più semplice, grazie a un'innovazione del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) che combina remoto, test in tempo reale e monitoraggio continuo dei sottoprodotti dei gas di scarico. Abbinato a un pacchetto software rivolto agli operatori degli impianti, lo sviluppo pone le basi per il remoto, monitoraggio quasi istantaneo in una nuova era di progettazione di reattori.

"Il monitoraggio in tempo reale è uno strumento prezioso, in particolare nello sviluppo di reattori di nuova generazione. Ciò può aiutare i progettisti a progettare e testare i cicli di flusso in modo più efficiente ed efficace, meccanismi, o processi, " ha detto Amanda Lines, un chimico del PNNL. "Anche, quando alla fine dispiegheranno i loro sistemi di reattori, questo offre agli operatori uno strumento per comprendere e controllare meglio quei processi."

Una ricetta chimica, solo indietro

Un sottoprodotto chiave della produzione di energia nucleare è lo iodio, che viene prodotto in diverse forme. Nei reattori a sale fuso a combustibile liquido, i composti dello iodio verrebbero monitorati prelevando campioni presso le centrali elettriche e analizzandoli in un laboratorio remoto. Questo metodo è sia lento che costoso, per non parlare delle ulteriori sfide alla sicurezza e della complessità dell'analisi di campioni radioattivi in ​​un laboratorio. Il monitoraggio in tempo reale non implica alcuna interazione umana diretta con i campioni, e offre una soluzione meno rischiosa, alternativa più efficiente.

"È un vero punto di svolta in termini di passaggi che devi compiere, e la tempistica per campionare lo iodio e altre specie chimiche, " ha detto Linee.

I prodotti di fissione off-gas sono prodotti in tutti i reattori nucleari. Il gas iodio è particolarmente preoccupante perché è radiotossico, può facilmente vaporizzare e, se rilasciato, diventa aereo. Il funzionamento dei reattori a sali fusi richiederebbe il trattamento e la rimozione dello iodio dal sistema poiché viene prodotto in tempo reale. Ciò non è necessario nei reattori ad acqua leggera convenzionali perché lo iodio è intrappolato nelle barre di combustibile. Per abilitare lo scrubbing in tempo reale, Gli operatori degli impianti di reattori a sali fusi avranno bisogno di informazioni continue sui livelli di iodio.

I processi esistenti di monitoraggio dei livelli di iodio radioattivo sono complessi e costosi. Ciò comporta il disimballaggio del comportamento chimico a livello molecolare, poiché lo iodio può continuamente trasformarsi legandosi ad altri elementi, creare nuove molecole con proprietà diverse. Sarebbe come cuocere una torta di spezie e poi chiedere a qualcuno di capire ogni ingrediente.

Impronte chimiche da caccia

Il team di ricerca si è concentrato sul targeting di due forme comuni di iodio, il monocloruro di iodio e lo iodio elementare, e sulla composizione di metodi per quantificare ciascuno. L'obiettivo era cercare le "impronte digitali" chimiche per ogni tipo di iodio prodotto utilizzando due comuni tecniche di analisi chimica:la spettroscopia Raman e la spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier.

Mentre le letture spettroscopiche sono utili ai ricercatori, era fondamentale convertire quei dati in informazioni utilizzabili per gli operatori.

"Vogliamo un output che sia facilmente comprensibile, soprattutto per chi non ha passato anni della propria vita a guardare i dati della spettrometria, " ha detto Linee.

Soluzioni software per il monitoraggio off-gas

Il team ha anche sviluppato un software che richiede dati altamente sensibili, letture spettroscopiche della luce da esistenti, tecnologia standard e trasforma tali dati in dati in tempo reale, informazioni utilizzabili per gli operatori dell'impianto. Prossimo, il team prevede di prendere ciò che hanno appreso da questi studi e di estenderlo ad altri gas sottoprodotti.

"In definitiva questi sono strumenti che possono aiutare a espandere gli sforzi di ricerca e sviluppo, in particolare in termini di progettazione e test di reattori di nuova generazione. Il monitoraggio in tempo reale può abilitare nuovi tipi di reattori risolvendo problemi sul front-end, " ha detto Sam Bryan, borsista e chimico del PNNL.

Condividere la conoscenza

Il team di ricerca ha sede nel Laboratorio di elaborazione radiochimica del PNNL, un impianto di ricerca nucleare senza reattore, e comprende:Amanda Lines, Sam Bryan, Tim J. Johnson, Heather Felmy, Kendall Hughey, Ashley Bradley, Russell Tonkyn, Thomas Blake, Andrew Clifford, Adan Schafer Medina, Richard Cox, e Jennifer Wilson.