In het hele land, milieubewuste wetenschappers en ingenieurs leiden een nieuwe generatie kernreactorontwerpen. Ze zien kernenergie als een schone, koolstofvrije energiebron samen met waterkracht, wind, en zonne-energie.

Een aantal van de innovatieve, reactorontwerpen van de volgende generatie zijn veiliger, kleiner, modulair, en mobieler. Ze kunnen ruimtevluchten aandrijven, draaien op gerecyclede kernbrandstof, en zelfs fungeren als draagbare generatoren voor rampenbestrijding. één ontwerp, gesmoltenzoutreactoren (MSR's), winnen aan kracht in de nucleaire gemeenschap.

Maar, voordat een van deze nieuwe reactorontwerpen werkelijkheid wordt, ze moeten vele veiligheids- en operationele tests ondergaan.

De zware taak van het verbeteren en testen van de reactor is nu eenvoudiger geworden, dankzij een innovatie van het Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) dat afgelegen, realtime testen en continue monitoring van bijproducten van het afgas. In combinatie met een softwarepakket gericht op fabrieksoperators, de ontwikkeling legt een basis voor afgelegen, bijna onmiddellijke monitoring in een nieuw tijdperk van reactorontwerp.

"Realtime monitoring is een waardevol hulpmiddel, met name bij de ontwikkeling van reactoren van de volgende generatie. Dit kan ontwerpers helpen om stroomlussen efficiënter en effectiever te ontwerpen en te testen, mechanismen, of processen, " zei Amanda Lines, een PNNL-chemicus. "Ook, wanneer ze uiteindelijk hun reactorsystemen inzetten, dit geeft operators een hulpmiddel om die processen beter te begrijpen en te beheersen."

Een chemisch recept, alleen achteruit

Een belangrijk bijproduct van het afgas van de opwekking van kernenergie is jodium, die in verschillende vormen wordt geproduceerd. In vloeibare-brandstof gesmoltenzoutreactoren, jodiumverbindingen zouden worden gecontroleerd door monsters te nemen bij elektriciteitscentrales en deze in een afgelegen laboratorium te analyseren. Deze methode is zowel traag als duur, om nog maar te zwijgen van de extra veiligheidsuitdagingen en complexiteit van het analyseren van radioactieve monsters in een laboratorium. Realtime monitoring omvat geen directe menselijke interactie met de monsters, en biedt een minder risicovolle, efficiënter alternatief.

"Het is een echte game-changer wat betreft de stappen die je moet doorlopen, en de tijdlijn om jodium en andere chemische soorten te bemonsteren, ' zei Lijnen.

In alle kernreactoren worden afgassplijtingsproducten geproduceerd. Jodiumgas is een bijzondere zorg omdat het radiotoxisch is, kan gemakkelijk verdampen en, indien vrijgelaten, wordt in de lucht. Voor de werking van gesmoltenzoutreactoren zou jodium moeten worden behandeld en uit het systeem worden gewassen omdat het in realtime wordt geproduceerd. Dit is niet nodig in conventionele lichtwaterreactoren omdat het jodium in de splijtstofstaven wordt opgesloten. Om het realtime schrobben in te schakelen, Exploitanten van gesmolten zoutreactorfabrieken hebben voortdurend informatie nodig over het jodiumgehalte.

De bestaande processen voor het volgen van radioactief jodiumniveaus zijn complex en duur. Het gaat om het uitpakken van chemisch gedrag op moleculair niveau, omdat jodium voortdurend kan veranderen door zich te binden aan andere elementen, het creëren van nieuwe moleculen met verschillende eigenschappen. Dit zou hetzelfde zijn als het bakken van een kruidencake en dan iemand vragen om elk ingrediënt uit te zoeken.

Jagen op chemische vingerafdrukken

Het onderzoeksteam richtte zijn aandacht op twee veelvoorkomende vormen van jodium - jodiummonochloride en elementair jodium - en het kiezen van methoden om elk te kwantificeren. Het doel was om te zoeken naar de chemische "vingerafdrukken" voor elk type jodium dat wordt geproduceerd met behulp van twee algemene chemische analysetechnieken:Raman-spectroscopie en Fourier-transform infraroodspectroscopie.

Hoewel de spectroscopiemetingen nuttig zijn voor onderzoekers, het was essentieel om die gegevens om te zetten in bruikbare informatie voor operators.

"We willen een output die gemakkelijk te begrijpen is, vooral voor iemand die geen jaren van zijn leven naar spectrometriegegevens heeft gestaard, ' zei Lijnen.

Softwareoplossingen voor rookgasbewaking

Het team ontwikkelde ook software die zeer gevoelige, spectroscopische lichtmetingen van bestaande, off-the-shelf technologie en zet die gegevens om in realtime, bruikbare informatie voor exploitanten van installaties. Volgende, het team is van plan om wat ze uit deze onderzoeken hebben geleerd, uit te breiden naar andere bijproductgassen.

"Uiteindelijk zijn dit hulpmiddelen die kunnen helpen bij het uitbreiden van onderzoeks- en ontwikkelingsinspanningen, met name wat betreft het ontwerpen en testen van reactoren van de volgende generatie. Realtime monitoring kan nieuwe typen reactoren mogelijk maken door problemen aan de voorkant op te lossen, " zei Sam Bryan, een PNNL laboratorium fellow en chemicus.

De kennis delen

Het onderzoeksteam is gevestigd in het Radiochemical Processing Laboratory van PNNL, een nucleaire onderzoeksfaciliteit zonder reactor, en omvat:Amanda Lines, Sam Bryan, Tim J. Johnson, Heather Felmy, Kendall Hughey, Ashley Bradley, Russel Tonkyn, Thomas Blake, Andrew Clifford, Adan Schafer Medina, Richard Kox, en Jennifer Wilson.