فرآیندهای چاپ سه بعدی و ساخت افزایشی با سرعت نور در حال پیشرفت می باشد. این در حالی است که دانشمندان علوم هسته ای در آزمایشگاه ملی Argonne در ایالات متحده (DOE) نگران این موضوع هستند. این دانشمندان با تأکید بر اهمیت تکنولوژی چاپ سه بعدی برای صنایع هسته ای، همچنان به تحقیق درباره مواد جدید و استفاده از آن ها برای بازیافت مواد ادامه می‌دهند.
دانشمندان Argonne پیش از این قادر به بازیابی ۹۵ درصد سوخت استفاده شده از یک راکتور هسته ای بوده اند. این در حالی است که پنج درصد سوخت باقی مانده به مقدار زیادی مواد برای ذخیره نیاز دارد. دانشمندان آرگون با بهره گیری از تکنولوژی چاپ سه بعدی این میزان را به سه درصد کاهش داده اند.
دانشمندان Argonne یافته های خود در مقاله ای تحت عنوان “اتمام چرخه سوخت هسته ای استفاده از فرآیند جداسازی جزئی اکتینید لانتانید (ALSEP) و تکنولوژی ساخت افزایشی” بیان کرده اند. این دانشمندان توضیح می دهند که چگونه تولید انرژی بار پایه کربن پایین از طریق استفاده از شکافت هسته ای می تواند با بازیافت ایزوتوپهای اکتینید با طول عمر بالا در چرخه سوخت هسته ای، امکان پذیر شود. علاوه بر این آنها می توانند میزان بازیافت مواد هسته ای را دو درصد افزایش دهند.
Andrew Breshears، یک شیمیدان هسته ای در آزمایشگاه Argonne و یکی از نویسندگان این مقاله گفت: “به جای اینکه پنج درصد از سوخت باقیمانده صدها هزار سال ذخیره شود، لازم است تنها سه درصد باقی مانده حداکثر برای هزار سال ذخیره گردد. به عبارت دیگر، این دستاورد ممکن است طول مدت زمان ذخیره را تا حدود هزار برابر کاهش دهد. همچنین تجزیه مواد هسته ای در یک راکتور سریع نسل چهارم باعث ایجاد الکتریسیته بیشتری می شود.”
این دانشمندان توانستند با جدا کردن آمریسیم و کوریوم از فلزات خاکی کمیاب که به لانتانیدها معروف هستند به هدف خود دستیابند. آنها توانستند با استفاده از فرایند های ساخت افزایشی بر چالش های موجود در تبدیل کار خود از سطح آزمایشگاهی به مقیاس بزرگتر غلبه کنند. محققان در طراحی مجدد فرآیندهای جداسازی مواد شیمیایی، توانستند “کنتاکتورها” را به صورت سه بعدی چاپ کرده و آنها را به هم پیوند دهند.
Breshears گفت: “این روش پلی برای برطرف کردن فاصله بین جدا کردن عناصر در مقیاس آزمایشگاهی و در مقیاس صنعتی ایجاد می کند.”
دانشمندان مجبور بودند از یک طرح جداسازی ۳۶ مرحله ای استفاده کنند و ۹۹٫۹ درصد اکتینیدها را از لانتانیدها جدا کنند.
Breshears افزود: “یکسان بودن حالت اکسیداسیون، فرایند جداسازی را بسیار دشوار کرده است.”
این تیم دریافتند که کنتاکتورها در استفاده از تکنولوژی چاپ سه بعدی به عنوان محافظ عمل کرده و لوله هایی که کنتاکتور ها را به هم وصل می کنند از انحراف پلوتونیوم یا مواد رادیواکتیو جلوگیری می کنند. آنها همچنین دریافتند که انعطاف پذیری فراهم آمده توسط مواد چاپ سه بعدی شده بسیار سودمند است.
Peter Kozak شیمیدان هسته ای و یکی از نویسندگان مقاله گفت: “اگر قطعه ای خراب شود می توان آن را به سرعت چاپ و جایگزین کرد. ما می توانیم به آسانی مراحل را اضافه یا حذف کنیم”.
Breshears افزود: “ممکن است ما یک روش جدید برای کاهش اندازه این فرایند پیدا کنیم. هرچه میزان جداسازی اکتینیدها بیشتر باشد، می توان تأثیر این مواد بر عموم و محیط را کاهش داد.”
منبع: https://3dprint.com
در صورت تمایل میتوانید فایل PDF این مقاله را در قسمت زیر دانلود و با ذکر منبع مورد استفاده قرار دهید.
بازیافت مواد هسته ای با استفاده از تکنولوژی چاپ سه بعدی
تهیه و تنظیم از: پرینتر سه بعدی آیدیزاین
ثبت ديدگاه