Un nuevo método para identificar sales en los fundidores de desechos nucleares podría ayudar a mejorar la tecnología de limpieza, incluso en el sitio de Hanford, uno de los sitios de limpieza de desechos nucleares más grandes y complejos del mundo.
Informes de revistas MediciónLos investigadores de la Universidad Estatal de Washington utilizaron dos detectores para buscar capas delgadas de sales de sulfato, cloruro y fluoruro durante la vitrificación, un proceso de almacenamiento de desechos nucleares que implica convertir los desechos en vidrio. La formación de sales puede resultar difícil para el procesamiento y almacenamiento de residuos.
“Pudimos demostrar una técnica para ver cuándo se forman las sales”, dijo John Busey, estudiante universitario de WSU y uno de los autores principales del artículo. “Al hacer esto, se pueden monitorear los fundidores para ver si debemos cambiar lo que se pone en el fundido”.
La vitrificación implica colocar desechos nucleares en grandes fusores que luego se calientan a altas temperaturas. Luego, el vidrio resultante se vierte en cilindros y se solidifica para un almacenamiento seguro a largo plazo.
El Departamento de Energía de Estados Unidos está construyendo una planta de vitrificación en el sitio de Hanford. Debido a que Hanford se utilizó anteriormente para fabricar plutonio para bombas nucleares, los desechos allí son particularmente complejos y contienen casi todos los elementos de la tabla periódica, dijo Bossey. En el sitio se almacenan un total de 55 millones de galones de desechos químicos y nucleares en 177 tanques.
En el procesamiento de residuos nucleares se pueden formar sales. Pueden ser corrosivos y arruinar equipos de vitrificación muy costosos. Además, debido a que se disuelven en agua, las sales presentes en el residuo final de vidrio pueden provocar fugas y contaminación si el residuo se expone al agua durante el almacenamiento. La amplia variedad de componentes de desechos en Hanford hace que la formación de sal sea más probable.
“La formación de sales durante el proceso de vitrificación es muy indeseable”, afirmó Bassey.
Con un sistema desarrollado en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico y el Instituto de Tecnología de Massachusetts, los investigadores utilizaron componentes ópticos y eléctricos para detectar la luz entre las longitudes de onda infrarroja y de microondas que se emite naturalmente durante el proceso de fusión. Observaron patrones de fusión del vidrio que se parecían a los encontrados en el sitio de Hanford. Utilizando dos tipos de detectores, pudieron estudiar la emisión térmica de las muestras a medida que cambiaba con el tiempo.
“El brillo es realmente interesante para identificar toda la fusión, solidificación y formación de sales”, dijo el coautor principal y estudiante graduado Ian Wells de la Escuela de Ingeniería Mecánica y de Materiales de WSU. “Lo que es realmente único acerca de esto es que no es necesario agregar iluminación adicional ni sistemas adicionales; basándose únicamente en el calor que se está derritiendo, puedes ver el brillo de imágenes de un solo píxel. qué está sucediendo.”
Los investigadores pudieron ver cuándo se produjo un gran cambio en el derretimiento. Ya sea que la sal se esté formando, derritiendo o solidificando, su intensidad también cambia rápidamente. Los investigadores compararon las diferentes masas fundidas y pudieron identificar el comportamiento de las sales.
“Podemos identificar claramente lo que está sucediendo en función de ese comportamiento”, dijo Wells. “Nos sorprendió lo sensible que es esta sonda incluso con concentraciones de sal muy bajas”.
El sistema puede discriminar entre tipos de sal. Los sensores también pueden detectar sales de forma remota sin estar sumergidos en vidrio fundido radiactivo, evitando así desafíos adicionales.
“Este trabajo acerca esta tecnología de monitoreo a poder utilizarla dentro de una planta de vitrificación”, dijo Bassey. “Este equipo se puede instalar directamente en una planta de vitrificación sin muchas modificaciones”.
Los investigadores creen que el trabajo tiene otras aplicaciones potenciales en reactores nucleares de sales fundidas o en diversos procesos de fabricación, como el procesamiento de vidrio, epoxi o fibra de carbono, en los que los fabricantes pueden detectar cambios de fase durante estos pasos y quieren comprender mejor la composición de varios compuestos. . . Esperan realizar la próxima transición de pruebas a escala de laboratorio a pruebas de fusión a gran escala. Esta investigación fue financiada por la Oficina de Gestión Ambiental del Departamento de Energía de los Estados Unidos.
