Argonne科学家讨论利用3D打印回收核燃料
时间:2020-06-20 20:41 来源:中国3D打印 网 作者:中国3D打印网 点击:次
| 中国3D打印网6月20日讯，1989年，在美国运输和危险材料小组委员会的一次听证会上，名叫米莉·史密斯（Millie Smith）的妇女透露，她是美国疾病控制中心确定的20,000名儿童的秘密放射性释放物质受害者之一。根据专家的说法，华盛顿州哥伦比亚河汉福德核生产厂的地下储罐中储存的5000万加仑核废料已有数十年之久，今天仍然是历史上最严重的核灾难之一。这位女士的叙述中透露了数十起患有威胁生命的疾病的案例。全世界有31个国家有450座核反应堆在运行，因此，用过的核废料的处理问题都会引起大家的关注。 在寻找解决核废料问题的方法时，科学家发现了如何回收核燃料。核反应堆产生的废物可以通过多种方式回收，包括一种由美国能源部（DOE）阿尔贡国家实验室在1970年代开发的方法。直到最近，核工程师仍可以从反应堆中回收95％的乏核燃料，而只有5％可以作为长期废物存储。但是，阿贡国家实验室的科学家一直在寻找重新利用核废料的方法，去年，他们利用3D打印的灵活性作为一种途径，可循环利用多达97％的核反应堆产生的废燃料。这种新方法可以大大减少存储的用过的燃料量，并减少其保持危险的时间。 正如《科学报告》（Scientific Reports）中一篇文章所详述的那样，阿贡（Argonne）科学家拥有3D打印部件，为回收比以往更多的核废料铺平了道路。共同作者Peter Kozak，Andrew Breshears和Alex Brown报告说，他们的模型源于2013年发现的称为in系元素镧系元素分离工艺（ALSEP）的技术。他们声称，过去，研究人员一直在努力寻找一种方法，将他们的工作从实验室规模转移到更大的工业领域，但是由于合并了增材制造，这种情况已发生了显着变化。  从左到右的氩气科学家：彼得·科扎克（Peter Kozak），安德鲁·布雷西尔斯（Andrew Breshears），马克斯·布朗（M Alex Brown）（来源：阿贡国家实验室） 为了更好地了解这一发现的过程和后果，Argonne的化学工程师Kozak表示，他对核工程的增材制造应用感兴趣。 Kozak是Argonne科学家团队的成员，他们围绕称为离心接触器（一种用于分离化学元素，包括核燃料后处理和医学同位素生产的溶剂萃取设备）的设备重新设计了ALSEP工艺，该工艺可以通过增材制造来复制，从而提供灵活性和可靠性、快速的制造过程。通过印刷接触器并将它们链接在一起，Argonne的工程师实现了连续的ALSEP过程。 在过去的70年中，溶剂萃取一直是将重金属与轻金属以及彼此分离的主要手段。多年的发展和进步已经产生了完成该过程的不同设备，包括混合沉降器和分离塔。离心式接触器可以仅使用单个移动部件就可以混合，分离和泵送溶液，因此，代表了从台式到大规模溶剂萃取过程的最有效设备。” Kozak说道， “想象一下，您决定做一个蛋糕。您可以用一只手打打鸡蛋，搅打糖并将面糊混合。使用旧技术需要进行大量工作。如果可以的话，您可能会使用立式搅拌机。以此类推，您的旧搅拌器和搅拌器是您的手动搅拌器。我们的离心接触器是您的新型，能耗较低的立式搅拌机。” 据中国3D打印 网了解，接触器的几乎每个部分都经过3D打印，除了电机和电气等电气部件。接触器壳体，转子和级间线是通过丙烯酸的立体光刻组件（SLA）制成的。结构部件是从碳纤维增强的聚对苯二甲酸乙二醇酯在基于丝的打印机上印刷的。选择这些材料是因为它们具有耐化学性以及机械强度。“接触器的外壳和转子是通过在Formlabs Form 2打印机上进行立体光刻组装而制成的。结构部件是通过熔丝制造在我们拥有的几种不同机器上制造的。” Kozak说道。
科学家使用了Argonne国家实验室提供的3D打印资源来制造用于台式演示的接触器。对于Kozak而言，增材制造方法可简化制造过程并降低人工和材料成本。此外，逐层组装允许制造具有内部通道作为单个组件的复杂流体装置。利用灵活性，将多个接触器级集成到单个多级模块中，从而减少了安装所需的工作量并消除了潜在的故障点。在此过程中，科学家们发现了使用3D打印部件的另外两个好处。首先是接触器提供了防止核扩散的内在保障措施。连接20个接触器的管子在每个设备的内部运行，这使得从过程中转移material或其他放射性物质变得更加困难。此外，Kozak认为“ 3D打印部件具有灵活性，因此很容易重印和更换。”这也是当今3D打印的一大优势，如果零件出现故障，可以轻松地重新打印和更换。
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