Amanda Lines, un químico de PNNL, desarrolla herramientas de monitoreo en tiempo real para allanar el camino para pruebas y diseño de reactores avanzados más rápidos. Crédito:Andrea Starr | Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico
A lo largo de la nación, Los científicos e ingenieros con conciencia ambiental están liderando una nueva generación de diseños de reactores nucleares. Ven la energía nuclear como una limpieza fuente de energía libre de carbono junto con energía hidroeléctrica, viento, y solar.
Varios de los innovadores, los diseños de reactores de próxima generación son más seguros, menor, modular, y más móvil. Pueden impulsar vuelos espaciales, funcionan con combustible nuclear reciclado, e incluso actúan como generadores portátiles para la respuesta a desastres. Un diseño reactores de sales fundidas (MSR), están ganando impulso en la comunidad nuclear.
Pero, antes de que cualquiera de estos nuevos diseños de reactores se convierta en realidad, necesitan someterse a muchas rondas de pruebas operativas y de seguridad.
La ardua tarea de mejorar y probar los reactores ahora es más fácil, gracias a una innovación del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) que combina control remoto, Pruebas en tiempo real y monitoreo continuo de subproductos de gases de escape. Junto con un paquete de software dirigido a los operadores de planta, el desarrollo sienta las bases para el control remoto, Monitoreo casi instantáneo en una nueva era de diseño de reactores.
"La supervisión en tiempo real es una herramienta valiosa, particularmente en el desarrollo de reactores de próxima generación. Esto puede ayudar a los diseñadores a diseñar y probar bucles de flujo de manera más eficiente y efectiva, mecanismos, o procesos, "dijo Amanda Lines, un químico de PNNL. "También, cuando finalmente despliegan sus sistemas de reactores, esto brinda a los operadores una herramienta para comprender y controlar mejor esos procesos ".
Una receta química solo al revés
Un subproducto clave de los gases de escape de la generación de energía nuclear es el yodo, que se produce en varias formas. En reactores de sales fundidas de combustible líquido, Los compuestos de yodo se controlarían tomando muestras en plantas de energía y analizándolas en un laboratorio remoto. Este método es lento y costoso, sin mencionar los desafíos de seguridad adicionales y la complejidad de analizar muestras radiactivas en un laboratorio. El monitoreo en tiempo real no implica ninguna interacción humana directa con las muestras, y ofrece una forma menos arriesgada, alternativa más eficiente.
"Es un verdadero cambio de juego en términos de los pasos que debes seguir, y el cronograma para tomar muestras de yodo y otras especies químicas, "dijo Lines.
Los productos de fisión de gases de escape se producen en todos los reactores nucleares. El gas de yodo es una preocupación particular porque es radiotóxico, se puede vaporizar fácilmente y, si se libera, se vuelve aerotransportado. El funcionamiento de los reactores de sales fundidas requeriría que el yodo fuera tratado y depurado del sistema a medida que se produce en tiempo real. Esto no es necesario en los reactores de agua ligera convencionales porque el yodo está atrapado en las barras de combustible. Para habilitar la limpieza en tiempo real, Los operadores de las plantas de reactores de sales fundidas necesitarán información continua sobre los niveles de yodo.
Los procesos existentes de seguimiento de los niveles de yodo radiactivo son complejos y costosos. Esto implica desembalar el comportamiento químico a nivel molecular, Dado que el yodo puede transformarse continuamente al unirse con otros elementos, creando nuevas moléculas con diferentes propiedades. Esto sería como hornear un pastel de especias y luego pedirle a alguien que descubra cada ingrediente.
Las "huellas dactilares" químicas se rastrean mediante lecturas de luz espectroscópica de tecnología lista para usar. Luego se transforman en tiempo real, información útil para los operadores de la planta. Crédito:Michael Perkins | Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico
Búsqueda de huellas dactilares químicas
El equipo de investigación centró sus miras en apuntar a dos formas comunes de yodo —monocloruro de yodo y yodo elemental— y marcar métodos para cuantificar cada uno. El objetivo era buscar las "huellas dactilares" químicas para cada tipo de yodo producido utilizando dos técnicas de análisis químico comunes:espectroscopía Raman y espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier.
Si bien las lecturas de espectroscopía son útiles para los investigadores, era fundamental convertir esos datos en información útil para los operadores.
"Queremos un resultado que sea fácilmente comprensible, especialmente para alguien que no ha pasado años de su vida mirando datos de espectrometría, "dijo Lines.
Soluciones de software para la monitorización de gases de escape
El equipo también desarrolló un software que toma información altamente sensible, lecturas espectroscópicas de luz de tecnología estándar y transforma esos datos en tiempo real, información útil para los operadores de la planta. A continuación, el equipo planea tomar lo que han aprendido de estos estudios y expandirlo a otros gases derivados.
"En última instancia, estas son herramientas que pueden ayudar a ampliar los esfuerzos de investigación y desarrollo, particularmente en términos de diseño y prueba de reactores de próxima generación. El monitoreo en tiempo real puede habilitar nuevos tipos de reactores resolviendo problemas en el front-end, "dijo Sam Bryan, compañero de laboratorio y químico de la PNNL.
Compartiendo el conocimiento
El equipo de investigación tiene su base en el Laboratorio de Procesamiento Radioquímico de PNNL, una instalación de investigación nuclear sin reactores, e incluye:Amanda Lines, Sam Bryan, Tim J. Johnson, Heather Felmy, Kendall Hughey, Ashley Bradley, Russell Tonkyn, Thomas Blake, Andrew Clifford, Adan Schafer Medina, Richard Cox, y Jennifer Wilson.
