Realtidsovervågningsværktøj fremskynder avanceret udvikling af atomreaktorer

Over hele nationen, miljøbevidste videnskabsmænd og ingeniører leder en ny generation af atomreaktordesign. De ser atomkraft som en ren, kulstoffri energikilde sammen med vandkraft, vind, og solenergi.

Flere af de innovative, næste generations reaktordesign er sikrere, mindre, modulopbygget, og mere mobil. De kan drive rumflyvninger, køre på genbrugt nukleart brændsel, og endda fungere som bærbare generatorer til katastrofeberedskab. Et design, smeltede saltreaktorer (MSR'er), tager fart i det nukleare samfund.

Men, før nogen af ​​disse nye reaktordesigner bliver til virkelighed, de skal gennemgå mange runder med sikkerheds- og driftstest.

Den besværlige opgave med reaktorforbedring og -testning er lige blevet lettere, takket være en innovation fra Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), der kombinerer fjernbetjening, test i realtid og kontinuerlig overvågning af biprodukter fra afgangsgas. Sammen med en softwarepakke rettet mod fabriksoperatører, udviklingen lægger et fundament for fjerntliggende, næsten øjeblikkelig overvågning i en ny æra af reaktordesign.

"Realtidsovervågning er et værdifuldt værktøj, især i udviklingen af ​​næste generations reaktorer. Dette kan hjælpe designere mere effektivt og effektivt med at designe og teste flowløkker, mekanismer, eller processer, " sagde Amanda Lines, en PNNL-kemiker. "Også, når de i sidste ende implementerer deres reaktorsystemer, dette giver operatører et værktøj til bedre at forstå og kontrollere disse processer."

En kemisk opskrift, kun baglæns

Et vigtigt biprodukt fra atomkraftproduktion er jod, som fremstilles i flere former. I reaktorer med smeltet salt til flydende brændsel, Jodforbindelser ville blive overvåget ved at tage prøver på kraftværker og analysere dem i et fjerntliggende laboratorium. Denne metode er både langsom og dyr - for ikke at nævne de ekstra sikkerhedsudfordringer og kompleksiteten ved at analysere radioaktive prøver i et laboratorium. Realtidsovervågning involverer ingen direkte menneskelig interaktion med prøverne, og tilbyder en mindre risikabel, mere effektivt alternativ.

"Det er en rigtig game-changer i forhold til de trin, du skal igennem, og tidslinjen til at prøve jod og andre kemiske arter, sagde Lines.

Off-gas fissionsprodukter produceres i alle atomreaktorer. Jodgas er en særlig bekymring, fordi den er radiotoksisk, kan nemt fordampe og, hvis frigivet, bliver luftbåren. Driften af ​​smeltede saltreaktorer ville kræve, at jod behandles og skrubbes fra systemet, da det produceres i realtid. Dette er ikke nødvendigt i konventionelle letvandsreaktorer, fordi jodet er fanget i brændstofstavene. For at aktivere realtidsskrubning, Operatører af reaktoranlæg til smeltet salt har brug for løbende information om jodniveauer.

De eksisterende processer til sporing af radiojodniveauer er komplekse og dyre. Dette involverer udpakning af kemisk adfærd på molekylært niveau, da jod hele tiden kan forvandles ved at binde sig til andre elementer, skabe nye molekyler med forskellige egenskaber. Dette ville være som at bage en krydderkage og derefter bede nogen om at finde ud af hver ingrediens.

Jagt kemiske fingeraftryk

Forskerholdet fokuserede på at målrette mod to almindelige former for jod - jodmonochlorid og elementært jod - og indkalde metoder til at kvantificere hver. Målet var at søge efter de kemiske "fingeraftryk" for hver type jod produceret ved hjælp af to almindelige kemiske analyseteknikker - Raman-spektroskopi og Fourier-transform infrarød spektroskopi.

Mens spektroskopiaflæsningerne er nyttige for forskere, det var vigtigt at konvertere disse data til brugbare oplysninger for operatører.

"Vi ønsker et output, der er let forståeligt, især for nogen, der ikke har brugt årevis af deres liv på at stirre på spektrometridata, sagde Lines.

Softwareløsninger til off-gas overvågning

Holdet udviklede også software, der tager meget følsomme, spektroskopiske lysaflæsninger fra eksisterende, hyldeteknologi og transformerer disse data til realtid, brugbare oplysninger for anlægsoperatører. Næste, holdet planlægger at tage det, de har lært fra disse undersøgelser, og udvide det til andre biproduktgasser.

"I sidste ende er disse værktøjer, der kan hjælpe med at udvide forsknings- og udviklingsindsatsen, især med hensyn til næste generations reaktordesign og -test. Realtidsovervågning kan muliggøre nye typer reaktorer ved at løse problemer på frontend, " sagde Sam Bryan, en PNNL laboratoriestipendiat og kemiker.

At dele viden

Forskerholdet er baseret i PNNL's Radiochemical Processing Laboratory, en ikke-reaktor nuklear forskningsfacilitet, og inkluderer:Amanda Lines, Sam Bryan, Tim J. Johnson, Heather Felmy, Kendall Hughey, Ashley Bradley, Russell Tonkyn, Thomas Blake, Andrew Clifford, Adan Schafer Medina, Richard Cox, og Jennifer Wilson.