Dünya

Yeni gaz yakalama yaklaşımı nükleer yakıt yönetimini geliştiriyor

Nükleer enerji, ABD elektrik arzının yaklaşık yüzde 20’sini ve karbonsuz üretim kapasitesinin yarısından fazlasını sağlıyor.

Ticari nükleer reaktörlerin çalışması, bazı ülkelerde diğer reaktörlerde yakıt olarak geri dönüştürülebilen malzemeleri çıkarmak için yeniden işlenen az miktarda kullanılmış yakıt üretir. Bu yakıt döngüsünün ekonomisinin iyileştirilmesinin anahtarı, gaz gibi radyoaktif fisyon ürünlerinin yakalanmasıdır. 85kripton.

Bu nedenle, yakalamak ve güvenli hale getirmek için verimli teknoloji geliştirmek 85Atık gazların karışımından elde edilen kripton, kullanılmış nükleer yakıtların yönetiminde önemli bir gelişmeyi temsil edecektir. Umut vaat eden bir yol, gazların, son derece yüksek gözenekliliğe ve muazzam iç yüzey alanına sahip olan ve çok çeşitli organik ve inorganik bileşenleri içerebilen gelişmiş bir yumuşak kristal malzeme, metal organik çerçevelere (MOF’ler) adsorbe edilmesidir.

MIT’in Nükleer Bilim ve Mühendislik Bölümü (NSE) üyelerini içeren multidisipliner bir grup tarafından yakın zamanda yayınlanan araştırmalar, etkinlik ve radyasyon direnci ile ilgili yeni bulgular ve ilk konsept ile MOF’lerin nükleer yakıt yönetimi için pratik olarak uygulanmasına yönelik ilk adımlardan birini temsil etmektedir. Uygulama için.

Temel bir zorluk, yakıtın yeniden işlenmesi sırasında üretilen gazların karışımının oksijen ve azot açısından zengin olmasıdır ve mevcut yöntemler bunları ve en yüksek riski temsil eden milyon başına kripton miktarını toplama eğilimindedir. Bu toplanan saflığı azaltır 85Kr ve atık hacmini artırır. Dahası, mevcut kripton ekstraksiyon yöntemleri maliyetli ve karmaşık kriyojenik işlemlere dayanır.

Grubun dergide yayınlanan çalışması Doğa İletişimi, çinko, kobalt, nikel ve demir dahil olmak üzere farklı metal merkezlerine sahip bir dizi ultra mikro gözenekli MOF’yi değerlendirdi ve bakır içeren bir kristal olan SIFSIX-Cu’nun iyi bir vaat gösterdiğini buldu.

Uygun radyasyon stabilitesi ve seçici adsorpsiyon kombinasyonunu kullanmak için, aynı zamanda atık hacmini de en aza indirirken, ekip, atık gazdan ksenon ve karbondioksiti adsorbe etmek için malzemenin ilk yatağının kullanıldığı iki aşamalı bir arıtma işlemi önerdi. daha sonra gaz, kriptonu seçici olarak adsorbe eden ancak azot veya oksijeni olmayan ikinci bir yatağa aktarılır.

“ABD’de şu anda nükleer santral sahalarındaki havuzlarda ve kuru fıçılarda depolanan kullanılmış yakıtları bir gün işlemek istersek, uçucu radyonüklitlerle uğraşmamız gerekir.” MIT’in Nükleer Bilim ve Mühendislik Profesörü Battelle Enerji İttifakı profesörü ve malzeme bilimi ve mühendisliği profesörü Ju Li’yi açıklıyor. “Kripton ve ksenonun fizikorpsiyonu iyi bir yaklaşımdır ve MOF yaklaşımı konusunda bu büyük ekiple işbirliği yapmaktan çok memnunuz.”

MOF’lar birçok alandaki uygulamalar için olası bir çözüm olarak görülmüştür, ancak bu araştırma, nükleer sektördeki uygulanabilirlikleri ve farklı metal merkezlerinin MOF radyasyon kararlılığı üzerindeki etkinliği hakkında ilk sistematik çalışmayı işaret etmektedir, bir araştırma Sameh K. Elsaidi, ABD Enerji Bakanlığı Ulusal Enerji ve Teknoloji Laboratuvarı ve gazetenin baş yazarı.

Elsaidi, “Zaten 60.000’den fazla farklı MOF var ve her gün daha fazlası geliştiriliyor, bu yüzden seçim yapabileceğiniz çok şey var” diyor Elsaidi. “Şunun için bir seçim 85Yeniden işleme sırasında Kr ayrımı birkaç temel kritere dayanır. Bu kriterleri karşılayabilen uzun gözenekli materyal arayışımız sırasında, SIFSIX-3-M adı verilen bir mikro gözenekli MOF sınıfının, 85Kr’ı daha saf formda diğer radyoaktif olmayan gazlardan ayırarak nükleer atık hacmini etkili bir şekilde azaltabildiğini bulduk. Ancak, pratik ayırma için yararlı olması için 85Kr, bu malzemeler yeniden işleme koşulları altında radyasyona dayanıklı olmalıdır.

“Bu, kriterleri karşılayabilecek adaylara ilk bakış. Ju ile çalıştığım için kendimi çok şanslı hissediyorum ve [MIT NSE postdoc Ahmed Sami Helal] bu malzemelerin gerçek dünyada kullanılıp kullanılamayacağını değerlendirmeye başladık. Bu proje, işbirlikçi çalışmanın nasıl daha iyi bir temel anlayışa yol açabileceğinin çok iyi bir örneğiydi ve birlikte yapabileceğimiz çok şey var ”diye ekliyor Elsaidi.

Helal, “rays-ışınları ve γ-ışınları dahil olmak üzere yüksek enerjili iyonlaştırıcı radyasyonun MOF’lerin stabilitesi üzerindeki etkisinin incelenmesi, MOF’lerin kullanılmış yakıttan fisyon gazlarının yakalanması için kullanılıp kullanılamayacağını belirlemede çok önemli bir faktördür. Bu çalışma, yakıt yeniden işleme tesislerinde pratik Xe / Kr ayrılması ile ilgili radyasyon dozlarında MOF’lerin radyolojik kararlılığını araştıran ilk çalışmadır. ”

Pratik bir adsorpsiyon süreci geliştirmek, kimya mühendisliği, malzeme bilimi ve nükleer mühendislik dahil olmak üzere birçok disiplinden yetenekler gerektiren karmaşık bir görevdir. Araştırma, MIT Gama Işınlama Tesisi (MIT Radyasyondan Korunma Programı tarafından yönetilen) ve MIT Çevre, Sağlık Ofisi’nden Mitchell Galanek’in yardımıyla beta ışınlama ölçümleri için kullanılan Yüksek Gerilim Araştırma Laboratuvarı da dahil olmak üzere birçok uzman Enstitü kaynağından yararlandı. ve Güvenlik.

Bu çabalar, X-ışını kırınım çalışmaları ve elektronik yapı modellemesi ile birlikte, “Büyüleyici ve MOF’lar hakkında çok şey öğrenmemize ve bu yeni malzeme sınıfının nötronik olmayan radyasyon direnci anlayışımızı geliştirmemize yardımcı oldu” diyor Li. Dedektörler de dahil olmak üzere, “Gelecekte başka uygulamalarda yararlı olabilir.”

MIT ve Ulusal Enerji Teknolojisi Laboratuvarı’na ek olarak, projedeki ortak çalışanlar arasında Pasifik Kuzeybatı Ulusal Laboratuvarı (Praveen Thallapally), Pittsburgh Üniversitesi (Mona Mohamed) ve Güney Florida Üniversitesi (Brian Space ve Tony Pham) vardı. Programa dayalı finansman, Ulusal Bilim Vakfı’nın ek desteğiyle ABD Enerji Bakanlığı’nın Nükleer Enerji Ofisi tarafından sağlandı. Hesaplamalı kaynaklar bir XSEDE Grant ve Güney Florida Üniversitesi tarafından sağlandı.

Basın İletişim

Ilavenil Subbiah
E-posta: subbiah@mit.edu
Telefon: 617-680-0959
Nükleer Bilim ve Mühendislik

Daha Fazla Göster

İlgili Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu
Kapalı
Kapalı

Reklam Engelleyici Algılandı

Lütfen reklam engelleyiciyi devre dışı bırakarak bizi desteklemeyi düşünün
Sohbete Başla
Merhaba .
Yazarınız olmak istiyorum :)