Una nueva forma de detectar sales fundidas en 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 encontrar capas delgadas de sales de sulfato, cloruro y fluoruro durante la vitrificación, un proceso de preservación de desechos nucleares que convierte los desechos en vidrio. La formación de sales puede resultar problemática para el procesamiento y almacenamiento de residuos.
“Pudimos mostrar una técnica cuando se está formando la sal”, dijo el estudiante graduado de WSU, John Bussey. “Al hacer esto, se pueden monitorear las masas fundidas para ver si se debe cambiar lo que se pone en ellas”.
La vitrificación implica fundir desechos nucleares en grandes masas fundidas que luego se calientan a altas temperaturas. Luego, el vidrio resultante se vierte en cilindros y se endurece 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 para fabricar plutonio para la primera bomba atómica, los desechos allí son particularmente complejos y contienen casi todos los elementos de la tabla periódica, dijo Busey. 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 destruir equipos de vitrificación muy costosos. Además, debido a que se disuelven en agua, las sales en la forma final de desecho de vidrio pueden causar fugas y contaminación si la forma de desecho entra en contacto con el agua durante el almacenamiento. Una variedad de materiales de desecho en Hanford aumentan el potencial de formación de sal.
“La formación de sales durante el proceso de vitrificación es muy indeseable”, afirmó Busey.
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 buscar luz en las longitudes de onda infrarrojas y de microondas que se emiten naturalmente durante el proceso de fusión. Observaron muestras de vidrio fundido encontradas en el sitio de Hanford. Utilizando dos tipos de detectores, pudieron estudiar la emisión térmica de la muestra, así como los cambios a lo largo del tiempo.
“El brillo es realmente interesante para detectar toda la fusión, solidificación y formación de sales”, dijo Ian Wells, coautor principal y estudiante de posgrado en la Escuela de Ingeniería Mecánica y de Materiales de WSU. “Lo que es realmente único es que no es necesario agregar ninguna iluminación adicional ni sistemas adicionales; basándose enteramente en el calor que se está derritiendo, podrás ver el brillo de imágenes de un solo píxel y saber qué está pasando”. en.”
Los investigadores pudieron ver cuándo se produjo un gran cambio en el derretimiento. También hay un cambio brusco de intensidad, debido a la formación de sales, fusión o condensación. Los investigadores compararon diferentes fundidos y pudieron identificar indicadores del comportamiento de la sal.
“Podemos identificar claramente lo que está sucediendo según el comportamiento”, dijo Wells. “Nos sorprendió comprobar lo sensible que es una sonda incluso con cantidades muy pequeñas de sal”.
El sistema puede discriminar entre tipos de sal. Los sensores pueden detectar sales de forma remota sin estar sumergidos en vidrio fundido radiactivo, evitando así desafíos adicionales.
“Este trabajo supone un buen paso hacia la posibilidad de utilizar esta tecnología de seguimiento dentro de las plantas de vitrificación”, afirmó Busey. “Este equipo se puede colocar directamente en la planta de vitrificación sin modificaciones adicionales”.
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, donde los fabricantes quieren comprender mejor los cambios de fase y la composición de diferentes compuestos durante esas etapas. . Esperan dar el siguiente paso desde experimentos a escala de laboratorio hacia experimentos de fusión a mayor escala. Esta investigación fue financiada a través de la Oficina de Gestión Ambiental del Departamento de Energía de EE. UU.