為了減少放射性廢棄物、並讓核反應堆的運營更具經濟效益，美國太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們，正在講究一套基於實時光譜檢測的新方法，以改善乏核燃料的回收利用。New Atlas指出，核電最大的賣點之一，就是只需為反應堆提供極少的核燃料。一顆僅重0.35盎司（10克）的核燃料顆粒，即可產出相當於一噸煤的能量。

乏燃料池資料圖（來自：美國核管理委員會）

然而當前核電的一個主要短板，就是乏燃料在“被耗盡”時，仍含有95% 的可裂變物質，迫使有關部門必須建設一個能夠安全可靠地存儲它們的乏燃料池。

以美國為例，當地設置的標準是將乏燃料存儲在地下。但與許多人印像中的“永久埋藏”相反，這些設施並不能一勞永逸地處置完乏燃料，而是要將他們保留到可被再次利用。

主要原因是，乏燃料中仍在包含大量的可裂變元素（主要是鈾），以及醫學和工程界迫切需要的大量極具價值的放射性同位素。

乏燃料回收需借助化學處理系統來分離出act 系元素

不過乏燃料的真正問題，是因為這堆複雜的混合物中包含了元素週期表中的一半元素，導致其分離工作變得異常艱難。

儘管核燃料加工行業已頗具技術規模，但當前不僅加工進度十分緩慢、價格也相當昂貴，更別提生產純钚（plutonium）危險性、以及面臨著核擴散等方面的問題。

慶幸的是，為改善回收流程，PNNL 正研究使用拉曼光譜儀（Raman Spectroscopy）來實時監測乏燃料。

使用基於不同激發波長的特定拉曼系統來識別乏燃料中的化學物質

PNNL 研究人員指出，當乏燃料在溶液中流經傳感器時，這套化學分析系統能夠利用光與分子中的化學鍵的相互作用，來獲得有關其化學結構、相態、多晶型、晶體結構、以及分子相互作用等信息。

基於這方面的數據，研究團隊得以監測工業級的乏燃料、將之轉化為液體形式、接著送至離心機，然後按質量分離出不同的元素。

實時監測能夠嚴格地控制鈾與钚之間的比率，並去除不需要的元素和同位素，以生產出能夠在高級反應堆中作為核燃料的循環材料。

研究配圖：拉曼光譜傳感器結構與功能示意

PNNL 化學家阿曼達·萊恩斯（Amanda Lines）表示，實時監測對於確定確切的化學元素比率至關重要。

對於研究人員來說，它可通過提供近乎實時的信息，來幫助控制和理解化學過程，從而增強了操作人員的能力。

更棒的是，這項技術具有極高的成本效益，並未開發和改進回收方案而提供了難得的機遇。

有關這項研究的詳情，已經發表在近日出版的《ACS Sensor》期刊上，原標題為：

《Sensor Fusion: Comprehensive Real-Time, On-Line Monitoring for Process Control via Visible, Near-Infrared, and Raman Spectroscopy》。