六程度的核分离：3D印刷部件有助于回收核废料

Argonne Scients首次印刷了3D零件，将核反应堆产生的余量占97％的废物铺平了3D份。从左到右：Peter Kozak，Andrew Breshears，M Alex Brown，最近的科学报告的共同作者详细说明了他们的突破。

宇航员现在在空间中打印自己的零件来修复国际空间站。哈佛大学家刚刚发现了一种方法来打印器官组织 - 可能创造3D印刷生物器官的重要一步。这些只是3D印刷或添加剂制造的两个例子是革命性的科学和技术。

3D印刷的进步也有望改变核工业，因为科学家通过层创造灵活材料，零件和传感器层的好处。根据美国能源部（DOE）Argonne National实验室的科学家们的新枢转突破，甚至可以帮助我们更有效地再循环使用核燃料。

“这一额外的步骤可以减少几乎千倍的存储长度，” - Andrew Breshears，Argonne核化学家

我们可以通过几种方式从核反应堆中回收废物，其中包括20世纪70年代的Argonne科学家开发的一种方法。通过这些方法，核工程师可以从反应堆中回收95％的废核燃料，只留下5％的储存作为长期浪费。但是，现在，Argonne科学家首次印刷了3D零件，将铺平了更多的核废料，详细说明了2019年9月6日的科学报告。

减少回收再利用

乍一看，再循环另外两个核废物可能不会听起来很多。但它会大大减少储存的废物量，并且仍然存在危险的时间。

“而不是储存五年数千年，剩下的三个百分之需要储存在最多约一千年，”Andonne核化学家和共同作者Andrew Breshears说。“换句话说，这个额外的步骤可以减少几乎千倍的存储长度。”并分解第四代快速反应堆中的核材料会产生额外的电力。

为了实现这一目标，阿多恩科学家首先必须将高度放射性神奇的同位素分开 - 含镧，或稀土金属的含稀土金属，即大多数情况下不是放射性的。

返回2013年，Chemist Artem V.Gelis，现在与内华达大学拉斯维加斯大学，他的argonne同事创造了一种蓝图，以回收额外的两种称为Actinide镧系元素分离过程（Alsep）。

然而，团队面临着一个共同的科学挑战：如何将他们的工作从实验室中的测试管转换为转化为工业规模的更大过程。这就是添加剂制造业的地方。

该团队重新设计了围绕器件的ALSEP过程，这些过程将化学品分开，称为离心接触器。氩工程师Peter Kozak打印了几个接触器并将它们联系在一起，将小（慢速）的流程转变为一个科学家可以将来自镧系元素的散落物分离。

“这弥补了在实验室规模和工业规模处分离元素之间的差距，”Breshears说。

缓解分离焦虑

为了使这一发现，Argonne科学家从模拟核燃料开始，通过改性钚还原萃取（PureX）方法已经提取了铀，钚和Neptunium。该团队将含有americ和含有含有amerium的液体混合物添加到20个接触器的一侧。另一方面，该团队增加了旨在分离滑石的工业化学品的混合物。

通过36步分离蓝图，科学家从镧系元素中取出了99.9％的散光。这是一个引人注目的壮举，因为两组元素都有相似的化学。“他们的氧化状态是一样的，使它们很难分离，”Breshears说。

一路上，科学家们发现了使用3D印刷部件的两种额外的好处。首先是接触者提供了防止核扩散的固有保障措施。连接20个接触器的管在每个装置内部运行，使得从该过程中获得钚或其他放射性物质更难以更难以实现。

第二种是3D印刷部件是柔性的。“如果零件失败，则很容易重新打印和更换它。我们可以轻松添加或删除步骤，“Kozak说。

虽然此前进是朝着正确方向的一步，但需要做更多的工作。“也许我们会找到一种新的方式来减少这个过程的大小，”Breshears说。“我们可以将幻影分开的越大，我们就越能降低他们对公共和环境的影响。”

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参考：“用简化的次次轻型植物镧分离过程（Alsep）和添加剂制造”将核燃料循环与Astem V.Gelis，Peter Kozak，Andrew T. Breshears，M.Alex Brown，Cari Launiere，埃米莉L.坎贝尔，加布里埃尔B 。大厅，Tatiana G. Levitskaia，Vanessa E. Holfettz和Gregg J. Lumetta，2019年9月6日，科学报告.DOI：
10.1038 / s41598-019-48619-x

其他argonne共同作者包括M. Alex Brown和Cari Launiere。该研究得到了核能办公室的支持。

核能任务的DOE办公室是推动核电，以满足国家的能源，环境和国家安全需求。

Argonne国家实验室寻求解决紧迫的国家科学技术问题的解决方案。阿尔贡（Argonne）是美国第一个国家实验室，几乎在所有科学学科中都进行领先的基础和应用科学研究。阿尔贡大学的研究人员与数百家公司，大学以及联邦，州和市级机构的研究人员紧密合作，以帮助他们解决特定问题，提高美国的科学领导地位并为国家创造更美好的未来做准备。Argonne的员工来自60多个国家，由美国能源部科学办公室的UChicago Argonne，LLC管理。

美国能源部科学办公室是美国物理科学基础研究的最大支持者，并致力于解决当今时代最紧迫的挑战。