1月7日，华盛顿州立大学的研究人员在《测量》杂志上发表了一项研究成果，介绍了一种识别核废料熔化器中盐类的新方法，该方法有望改进包括汉福德场址在内的核废料清理技术。
汉福德场址是世界上最大、最复杂的核废料清理场之一。研究人员在玻璃化过程中，利用两个探测器成功发现了硫酸盐、氯化物和氟化物盐的薄层。玻璃化是一种将核废料转化为玻璃以进行安全储存的过程，但盐的形成可能会给废料处理和储存带来诸多麻烦。
华盛顿州立大学本科生、论文主要作者之一的约翰·布西表示：“我们能够演示一种技术来观察盐的形成时间。通过这种方式，我们可以监控熔炉，了解是否应该改变熔炉中添加的物质。”
玻璃化固化过程需要将核废料放入大型熔炉中加热至高温，然后将生成的玻璃倒入圆筒中固化，以便长期安全储存。美国能源部正在汉福德核电站建造一座玻璃化工厂，以处理该核电站曾用于制造第一枚核弹的钚所产生的复杂废料，这些废料几乎包含元素周期表的所有元素。汉福德核电站共有177个储罐，储存了5500万加仑的化学和核废料。
在处理核废料时，盐的产生是一个棘手问题。盐具有腐蚀性，会损坏昂贵的玻璃化设备，且盐溶于水后，在储存过程中可能导致玻璃废料泄漏和污染。汉福德的废料成分复杂多样，更容易形成盐。布西指出：“玻璃化过程中盐的形成是非常不希望的。”
为了解决这个问题，研究人员利用太平洋西北国家实验室和麻省理工学院开发的系统，通过光学和电子元件观察熔化过程中自然发射的红外和微波波长之间的光。他们观察了与汉福德工厂发现的玻璃熔体相似的样本，并使用两种类型的探测器研究样品的热辐射以及随时间的变化。
华盛顿州立大学机械与材料工程学院研究生、论文共同第一作者伊恩·威尔斯表示：“亮度对于识别所有熔化、凝固和盐形成过程非常有用。这项技术的独特之处在于，你无需添加任何额外的照明或系统，仅基于熔化产生的热量，通过查看单像素图像的亮度就能判断正在发生的事情。”
研究人员通过这种方法，能够清晰地看到熔体何时发生巨大变化，无论是盐的形成、熔化还是凝固，强度都会发生急剧变化。他们比较了不同的熔体，并成功识别出指示盐的行为。威尔斯说：“根据这种行为，我们可以清楚地识别出发生了什么。我们对这种探测器的灵敏度感到惊讶，即使只探测到极少量的盐。”
此外，该系统还能区分盐的种类，并且传感器可以远程感应盐，避免了浸入放射性熔融玻璃中的额外挑战。布西认为：“这项研究使监测技术更接近于在玻璃化工厂内使用。这台设备无需太多改造就可以直接放入玻璃化工厂。”
研究人员还表示，这项研究可能具有更广泛的应用前景，如熔盐核反应堆或不同类型的制造工艺，如玻璃、环氧树脂或碳纤维加工。制造商希望通过这项技术更好地了解相变以及这些相变过程中不同化合物的形成。他们计划下一步从实验室规模的测试转向更大规模的熔体测试。
据悉，这项研究由美国能源部环境管理办公室资助。
