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ORNL从钚残留物中提取另一种有价值的同位素——钷-147

稀有同位素 锕系元素 镧系元素 放射性物质
发布:2021-03-11 11:09:03    

橡树岭国家实验室开发的一种新方法,证明了可以从钚残留物中提取另一种有价值的同位素

美国能源部实验室钚-238(Pu-238)生产计划的副产品之一是钷-147(Pm-147),是一种稀有同位素,可用于核电池和测量材料的厚度。

在美国能源部科学办公室的高通量同位素反应堆中辐照了镎-237(Np-237)目标后,很难处理残留的含有放射性元素的废物,以生产用于太空探索的Pu-238。但是去年,美国能源部同位素计划的一个新的ORNL项目开始从Pu-238分离出来后留下的裂变产物中开采Pm-147。

这项工作的主要目标是恢复国内供不应求的Pm-147的生产,并且有一个附带好处:减少废物中放射性元素的浓度,以便可以更简单,更便宜的方式安全处置现在和将来的放射性物质。


 

ORNL新兴同位素研究小组负责人Richard Mayes说:“在回收DOE同位素计划想要的有价值的产品的过程中,我们意识到我们可以降低处置成本。”

Pm-147并不是Pu-238生产废料流中唯一引起美国能源部同位素计划关注的贵金属,但这是Mayes的第一个成功提取的团队。ORNL的苏珊·霍格(Susan Hogle)最初提出了从Pu-238废物中开采Pm-147的提议,并提供了详细计算解决方案中存在的潜在同位素的计算支持,Mayes一直在与ORNL放射化学分离科学小组的临时负责人LætitiaDelmau合作,开发提取和纯化工艺。

“目前,我们是Pm-147在美国的唯一生产商,并且有市场。” Mayes说。研究表明,它可能在医学成像中有其他应用,并可以作为放射性同位素为太空探测器产生能量。

Pu-238供应计划由美国国家航空航天局(NASA)资助,并由美国能源部核能办公室管理,而Pm-147的回收则由美国能源部科学局的能源部同位素计划资助。

ORNL也正在对DOE同位素计划进行研究,在该计划中,在高通量同位素反应堆或HFIR中辐照钕146来制造Pm-147。此过程将提供一种新的替代方法,从而为该重要同位素加强国内供应链,并减轻美国对单一国外供应的依赖。

Mayes团队的工作与Pu-238的生产进度紧密相关,目前,Pu-238的生产进度每年为2-4个处理周期。他们估计每批中大约有数百个Pm-147居里。该小组昼夜不停地工作几天,使用ORNL放射化学工程开发中心(REDC)中的热室将浓缩的Pm-147按批次从Pu-238副产物溶液中分离出来。

然后,将这批物料转移到REDC的屏蔽洞穴(一种较小类型的热室)中,在那里进行纯化并准备运送给DOE同位素计划客户。这个过程需要几个月的努力,大约需要20个人。

该小组将在下一年用于证明从Pu-238副产物中回收Pm-147是否可持续。如果是这样,该项目应该与Pu-238计划一起发展。该实验室的目标是生产足够的Pu-238,以每年生产1.5千克氧化钷,以满足NASA对深太空旅行的需求。

专门从事放射化学分离的Delmau说,Pm-147是处理Pu-238之后剩下的十几种元素之一,而分离出单个元素就可以了。

她说:“数十年来,镧系元素彼此之间以及三价锕系元素之间的分离一直是一个挑战。” “当元素具有相同的化学特性时,很难挑选出一种。”

目前,Pm-147是唯一从废物流中收获的同位素,但该项目的重要附带利益最终可能是实验室必须处理的超铀材料数量大大减少。梅斯说,Pm-147的成功研制可能会导致ORNL提取其他材料。

他说:“我们的废物流中含有有价值的产品-可能具有多种用途的产品。” “我们的国家实验室拥有安全有效地隔离它们的资源和经验。”

UT-Battelle为能源部科学办公室管理ORNL,该办公室是美国物理学基础研究的最大支持者。科学办公室正在努力应对当今时代最紧迫的挑战。欲了解更多信息,请访问 energy.gov/science。

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