这项技术，可回收95%的乏核燃料，实现减少污染，再循环利用！

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阿贡国家实验室科学家希望通过3D打印来缓解“分离焦虑”，这为回收更多的核材料铺平了道路。宇航员现在在太空中打印部件来修复国际空间站，哈佛大学科学家发现了一种打印器官组织的方法，这是可能创造3D打印生物器官的重要一步。这些只是3-D打印或附加制造如何给科学和技术带来革命性变化的两个例子。3D打印技术的进步也将改变核工业，因为科学家们可以获得创造柔性材料、零件和传感器的好处。

根据美国能源部(DOE)阿贡国家实验室科学家一项新的关键突破，添加剂制造甚至可以帮助我们更有效地回收使用过的核燃料。可以通过几种方式回收核反应堆的废物，包括阿贡科学家在20世纪70年代开发的一种方法。有了这些方法，核工程师可以回收反应堆中95%的乏核燃料，只剩下5%作为长期废物储存。但现在，科学家们第一次打印出了3D零件，为更多的核废料回收铺平了道路，其研究成果发表在《科学报告》上。
减少污染，再利用，再循环
乍一看，再回收2%的核废料听起来可能不是很多，但它将极大地减少存储的废物数量和保持危险的时间。核化学家、合著者安德鲁·布雷希尔斯(Andrew Breshears)说：与其将百分之五储存几十万年，其余的百分之三需要储存在最长约一千年的时间。换言之，此额外步骤可将存储时间长度减少近千倍，在第四代快堆中分解核材料将产生额外的电力。为了实现这一目标，阿贡国家实验室的科学家首先必须从镧系元素或稀土金属中分离出：高放射性锕系元素同位素Am和Curium，而镧系元素或稀土金属在很大程度上没有放射性。

早在2013年，现在内华达大学拉斯维加斯分校的化学家Artem V.Gelis和同事创建了一个蓝图，回收这额外的2%，称为锕系元素镧系元素分离过程(ALSEP)。然而，该团队面临着一个共同的科学挑战：如何将研究从实验室中的试管转化为更大的过程，从而转化为工业规模。该小组围绕分离化学物质的设备(称为离心接触器)重新设计了ALSEP过程。工程师Peter Kozak打印了几个接触器并将它们连接在一起。将一个小(且缓慢)的过程变成了一个科学家可以不间断地从镧系元素中分离锕系元素的过程，这在实验室规模和工业规模分离元素之间架起了桥梁。

为了做出这一发现，阿贡国家实验室的科学家们从模拟核燃料开始，通过改进的钚铀还原提取(Purex)过程从核燃料中提取铀、钚和氖。研究小组将这种含有Am和Curium的液体混合物添加到一行20个接触器的一侧。在另一边，研究小组加入了一种工业化学品的混合物，这些化学品被设计用来分离锕系元素。通过遵循36步的分离蓝图，科学家们从镧系元素中去除了99.9%的锕系元素。这是一个惊人的壮举，因为两组元素具有相似的化学成分。因为氧化状态是相同的，这使得它们很难分离。科学家们发现了使用3D打印部件的两个额外好处。

第一，接触者提供了防止核扩散的固有保障。连接20个接触器的管子在每个装置内运行，使得从过程中转移钚或其他放射性物质变得更加困难。第二，三维打印部件是灵活的，如果一个部件确实出现故障，很容易重新打印和更换，可以很容易地添加或删除步骤。虽然这一进展是朝着正确方向迈出的一步，但还需要做更多的研究。也许会找到一种新的方法来减少这个过程的规模，越能分离锕系元素，就越能减少对公众和环境的影响。
博科园｜研究/来自：阿贡国家实验室
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