Argonne National Laboratory: riciclaggio del materiale nucleare attraverso la stampa 3D
“Questo ulteriore passaggio può ridurre la durata dello stoccaggio di quasi mille volte” – Andrew Breshears, chimico nucleare di Argonne
I processi di stampa 3D e di produzione additiva stanno procedendo alla velocità della luce, ma sono preoccupati gli scienziati dei materiali nucleari presso il laboratorio nazionale Argonne del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) . Sottolineando l’importanza della stampa 3D per l’industria nucleare , gli scienziati continuano ad approfondire il regno dei nuovi materiali, oltre a usarli per promuovere il riciclaggio di materiali molto sensibili.
In precedenza, gli scienziati di Argonne erano stati in grado di riciclare fino a un incredibile 95 percento di combustibile usato da un reattore nucleare; tuttavia, il cinque percento di carburante rimasto rappresenta ancora molto materiale da immagazzinare. Ora tutto sta cambiando, tuttavia, poiché gli scienziati Argonne stanno stampando parti in 3D per il riciclaggio ancora di più, tagliando a quel cinque percento.
Con i loro risultati delineati in ” Chiusura del ciclo del combustibile nucleare con un processo semplificato di separazione dei lantanidi minori di attinidi (ALSEP) e produzione additiva “, gli scienziati spiegano come “la produzione di energia a basso consumo di carbonio a basso consumo di carbonio attraverso l’uso della fissione nucleare può essere abilitata dal riciclaggio isotopi di attinidi di lunga durata nel ciclo del combustibile nucleare “. Inoltre, possono riciclare un ulteriore due percento del materiale nucleare, facendo ancora una differenza esponenziale.
“Invece di immagazzinare il cinque percento per centinaia di migliaia di anni, il restante tre percento deve essere conservato per un massimo di circa mille anni”, ha affermato Andrew Breshears, chimico nucleare e coautore di Argonne. “In altre parole, questo passaggio aggiuntivo può ridurre la lunghezza della memoria di quasi mille volte. E abbattere quel materiale nucleare in un reattore veloce di quarta generazione genererebbe ulteriore elettricità. “
Gli scienziati sono stati in grado di raggiungere il loro obiettivo separando l’americio e il curio dai metalli delle terre rare noti come lantanidi. Con i processi AM, sono stati in grado di superare le sfide in corso nel convertire il loro lavoro dalle provette alla scala più ampia. Nel ridisegnare i processi che separano i prodotti chimici, i ricercatori sono stati in grado di stampare “contattori” in 3D e collegarli.
“Questo colma il divario tra la separazione degli elementi su scala di laboratorio e su scala industriale”, ha detto Breshears.
In tutto, gli scienziati hanno dovuto utilizzare un progetto di separazione in 36 fasi, che separa il 99,9 percento degli attinidi dai lantanidi.
Da: chiusura del ciclo del combustibile nucleare con un processo semplificato di separazione dei lantanidi di attinidi minori (ALSEP) e produzione additiva
“I loro stati di ossidazione sono gli stessi, il che li rende molto difficili da separare”, ha detto Breshears.
Il team ha anche scoperto che nell’uso della stampa 3D, i contattori fungevano da salvaguardie, con i tubi che collegavano i contattori impedendo la diversione di plutonio o materiali radioattivi. Hanno anche capito quanto fosse utile avere la flessibilità offerta dai materiali stampati in 3D.
“Se una parte fallisse, sarebbe facile ristampare e sostituirla. Potremmo facilmente aggiungere o rimuovere passaggi “, ha detto il chimico nucleare e coautore Argonne Peter Kozak.
“Forse troveremo un nuovo modo per ridurre le dimensioni del processo”, ha affermato Breshears. “Quanto più possiamo separare gli attinidi, tanto più possiamo ridurre l’impatto che hanno sul pubblico e sull’ambiente”.
32783D, gruppo di chimici CFCT: Andrew Breshears, Peter Kozak, Alex Brown
Altri coautori di Argonne includono M. Alex Brown e Cari Launiere. La ricerca è stata sostenuta dal DOE Office of Nuclear Energy.
32783D, CFCT chemists group: Andrew Breshears, Peter Kozak, Alex Brown 