Le recyclage donne aux assemblages de combustible usé un nouvel objectif


Le recyclage donne un nouvel objectif au combustible nucléaire usé

Pour le recyclage, le nucléaire est introduit dans un système de traitement chimique qui sépare les éléments actinides qui peuvent être recyclés sous forme de combustible à oxyde mixte pour produire plus d’énergie électrique. Au PNNL, ces recherches sont menées au Laboratoire de traitement radiochimique, une installation de recherche nucléaire sans réacteur de catégorie de danger II Crédit photo: Andrea Starr | Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique

Imaginez remplir votre réservoir d’essence avec 10 gallons d’essence, conduire juste assez pour brûler un demi-gallon et jeter le reste. Puis répétez. C’est essentiellement la pratique suivie par l’industrie nucléaire américaine.

Le combustible nucléaire irradié des centrales électriques a encore 95% de son potentiel de production d’électricité. Il est actuellement prévu de stocker le combustible nucléaire usé dans un dépôt géologique. Pourquoi n’est-il pas recyclé? Il s’avère que la séparation des parties utilisables et inutilisables des assemblages de combustible usé est compliquée.

«Le combustible nucléaire usé représente environ la moitié du tableau périodique, donc il se passe beaucoup de choses d’un point de vue chimique», a déclaré Gregg Lumetta, chimiste PNNL et collègue de laboratoire. « Et pour réduire le risque de prolifération, il est préférable que du plutonium pur ne soit produit à aucun moment du processus de séparation. »

Des chercheurs du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) ont développé une capacité innovante pour rapidement, surveiller et contrôler avec précision certains ratios d’uranium et de plutonium en temps – une réalisation importante dans le contrôle efficace du produit résultant et la protection du nucléaire. Matériel.

Un double pour le recyclage des éléments combustibles usés

Avec la demande en électricité décarbonée en plein essor, le nucléaire est une option dans le mix énergétique vert, en particulier lorsque des réacteurs avancés se profilent à l’horizon. Cependant, il reste encore des défis majeurs à surmonter: qu’advient-il du combustible usé qui n’est pas actuellement utilisé et comment alimenter les réacteurs avancés?

«Peut-être que ces défis ont la même solution: le recyclage du combustible usé pour en faire un nouveau combustible», a déclaré Amanda Lines, chimiste chez PNNL. « Comment pouvons-nous faire un meilleur usage du combustible usé dans un monde où la demande énergétique augmente et qui est remise en question par l’augmentation des émissions de CO2? »

De nouveaux réacteurs avancés pourraient être conçus pour décharger du combustible recyclé. Cependant, le recyclage du combustible usé consiste à séparer le plutonium producteur d’énergie de tout le reste du mélange sans le séparer sous sa forme pure, ce qui est considéré comme un risque de prolifération. Le produit final doit également avoir un rapport uranium / plutonium précis pour produire un nouveau combustible pouvant être réutilisé dans les réacteurs nucléaires.

Vinaigrette déconstruite

Séparer le combustible usé, c’est comme essayer de déconstruire la vinaigrette pour faire passer les ingrédients du vinaigre à l’huile.

La suspension chimique est introduite dans un système de traitement par centrifugation qui ressemble à une boîte à pilules géante, chaque compartiment contenant un rotor pour le mélange. La solution s’écoule d’une extrémité du système à l’autre, mélangeant, centrifugeant, ajoutant ou soustrayant divers composants chimiques en cours de route. Tout au long du processus, la surveillance en temps réel fournit un aperçu essentiel des ajustements nécessaires pour maintenir certaines compositions chimiques.

«La surveillance en temps réel était essentielle pour déterminer les proportions exactes des éléments chimiques. Nous nous sommes vraiment concentrés sur les pourcentages d’uranium-plutonium et savions exactement ce qu’ils étaient à un moment donné», a déclaré Lines.

La surveillance en temps réel améliore également l’efficacité, réduit les coûts et déplace un processus établi dans un domaine plus moderne et futuriste.

«En fin de compte, cela permet chercheurs et aux opérateurs de fournir des informations quasi instantanées pour faciliter le contrôle et la compréhension des processus chimiques», a déclaré Lines.

Les capacités de surveillance en temps réel de PNNL ont progressé de façon exponentielle au cours des 25 dernières années et sont liées à une longue histoire de recherche sur le recyclage et la séparation des carburants.

De l’industriel à la micro-échelle

Les chercheurs en séparation s’appuient souvent sur du combustible usé artificiel et simulé pour imiter les processus chimiques, car le combustible usé réel est coûteux à acquérir et à examiner. Cependant, le combustible usé simulé est également coûteux, en particulier à grande échelle industrielle nécessaire pour étudier les procédés de recyclage et de séparation de masse.

Pour relever ce défi, PNNL a développé des approches complémentaires qui peuvent être mises en œuvre à une échelle beaucoup plus petite et beaucoup moins chère. En utilisant la technologie microfluidique ou de laboratoire sur puce combinée à une surveillance en temps réel, les chercheurs peuvent suivre les processus chimiques sur une lame de la taille d’une lame.

«Nous pouvons faire les mêmes types d’études de séparation et suivre la composition exacte des composants du combustible à l’uranium et des produits de fission tout au long du processus de recyclage, comme ce que nous faisons en laboratoire ou à l’échelle industrielle», a déclaré Lines.

Les chercheurs peuvent en fait utiliser du combustible usé parce que la portée est beaucoup plus petite. «Cette technologie est rentable et offre des opportunités incroyables pour développer et faire progresser des approches de recyclage», a déclaré Lines.

Plus de 50 ans de recyclage et de séparation des éléments combustibles usés

De la réduction de la quantité de rayonnement dans les déchets hautement radioactifs au développement d’un processus de séparation pour éliminer les éléments dangereux du combustible usé, PNNL a une longue histoire à résoudre certains des défis les plus difficiles du pays en matière de combustible usé.

«Nous pilotons le cycle du combustible depuis des décennies», a déclaré Lumetta. « Ce dernier travail est une plate-forme sur laquelle nous pouvons évoluer alors que nous continuons à rechercher des séparations chimiques pour des options avancées du cycle du combustible. »


L’étude montre une stratégie en une étape pour le recyclage du combustible nucléaire irradié


Plus d’information:
Gilbert L. Nelson et coll. Activer le traitement à l’échelle microscopique: spectroscopie Raman et d’absorption combinée pour la surveillance microfluidique en , Chimie analytique (2020). DOI: 10.1021 / acs.analchem.0c04225

Amanda M. Lines et coll. Fusion de capteurs: surveillance en ligne complète en temps réel pour le contrôle de processus à l’aide de la spectroscopie visible dans le proche infrarouge et Raman Capteurs ACS (2020). DOI: 10.1021 / acssensors.0c00659

Fourni par le Pacific Northwest National Laboratory

Citation: Le recyclage donne aux assemblages de combustible usé un nouvel objectif (2021, 17 mai). Consulté le 17 mai 2021 sur https://phys.org/news/2021-05-recycling-purpose-spent-nuclear-fuel.html

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