光学101

用激光驱动的伽马射线变核废料

在核反应中,放射性同位素被trans变(changed)当它们衰变成另一种元素或同一元素的稳定同位素时。这个过程会产生很多有害的核废料,众所周知,这些废料很难处理。尽管已经有处理核废料的流程,但是人们已经进行了大量工作,使用来自激光的伽马射线进一步转化这种核废料,以加速其衰变,从而不再对健康或环境构成威胁。 。在本文中,我们将研究如何使用激光驱动的伽马射线来转化核废料。

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什么是核Trans变?

mut变是将一种物质转换为另一种物质的过程。在核部门中,核trans变是改变一种化学元素的过程(或元素的特定同位素)变成不同的化学元素或同位素with变经常发生在放射性元素上,因为它们的不稳定性质意味着最终将变为另一种更稳定的元素。何时发生取决于转换是否是自然过程,还是实验方法是否可以帮助进行转换。

在天体(例如太阳)中可以看到自然过程的一个例子,其中的放射性元素会自然衰减并释放辐射。放射性元素衰变所需的时间最终取决于其半衰期。

但是,trans变可以通过实验进行,例如在核电站内,通过核反应或放射性衰变发生核裂变。但是,当放射性同位素在这些小室中发生反应时,它们会留下大量的核废料。核废料仍然含有放射性物质,对所有形式的生命以及环境都具有危害。那里’处理核废料的方法有很多,但是最常见的方法是将其长期埋在地下,不会给人们带来风险(and environment) above ground.

但是,这是一项巨大的后勤任务,需要大量的法规,谨慎的处理和谨慎的运输,才能将核废料从反应堆转移到反应堆中。“refuse site”。在过去的十年左右的时间里,已经有一些例子说明了如何使用产生高能伽马射线的激光来转化核废料并加速放射性衰变过程。

如何使用激光转换核废料

有报道称使用伽马射线分解各种类型的放射性废物,包括 137Cs, 135Cs, 129一世, 12610799Tc, 93Zr和 90资深人士,尽管其中一些仍在此阶段假设(即通过计算实验),而其他的,即较重的同位素,已通过实验进行了mut变。

可以使用高功率脉冲伽马射线将这些重同位素转化为危害较小的元素/同位素。使用这些伽玛射线的过程有助于通过光变机制将长寿命的原子核转变为短寿命或稳定的元素同位素。

产生这些高功率伽玛射线的最常见过程是通过使用非常规的加速电子模式实现的。该机制使用相对论电子,该相对论电子从激光等离子体驱动的电子束聚焦到高Z金属(thin)通过a致辐射机制产生伽玛射线的目标–即,当一个电子与另一电子碰撞时,又导致电子减速并发出伽马射线。产生伽马射线的第二种机制(但不太常见)是通过康普顿散射。这是当光子被电子散射时,这会降低光子的能量并触发伽马射线的释放。

近年来,激光技术取得了很大的进步,与高亮度线性加速器一起,已经使得能够生产出具有高亮度和能量的Compton-X和Gamma光子束。用来产生这些高能伽马射线的一些激光器包括毫微微瓦和拍瓦激光器,以及各种加速原理–例如激光尾波加速(LWFA)和直接激光加速(DLA) methods.

不管高能伽马射线是通过康普顿散射产生的还是or致辐射机理产生的,它们都会通过光核反应在核废料中引起光变。光核反应的有效程度取决于各种因素,但最重要的是激光的强度,照射时间和激光的重复率。所得产物完全取决于存在的放射性元素,例如 107钯变成稳定 106钯同位素但是,它们不仅提供了使各种类型的核废料变得安全的方法,而且所产生的某些同位素还可以进一步用于其他应用–这样的一个例子是在医疗用途的重金属同位素的生产中。

资料来源:

  1. 斯坦福大学: http://large.stanford.edu/courses/2011/ph241/noll1/
  2. 激光等离子体驱动电子源对长寿命放射性核素135Cs的光trans变”- Luo W. et al, 激光和粒子束, 2016,DOI:10.1017 / S0263034616000318
  3. “致发光和激光逆康普顿散射法对钯的γ射线trans变”-Sadighi-Bonabi R.等人, 能源转换与管理, 2014,DOI:10.1016 / j.enconman.2013.09.029
  4. “129I的激光驱动光变—寿命长的核废料”-Ledingham K.等, 物理学杂志D:应用物理学¸ 2003,DOI:10.1088 / 0022-3727 / 36/18 / L01
  5. “激光等离子体加速器高电荷电子束诱发长寿命核废料的变前景”- Wang X. L. et al, 等离子体物理, 2017,DOI:10.1063 / 1.4998470

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利亚姆·克里奇利(Liam Critchley)

撰写者

利亚姆·克里奇利(Liam Critchley)

利亚姆·克里奇利(Liam Critchley)是一名作家和新闻记者,专门研究化学和纳米技术,并拥有化学和纳米技术的MChem和理学硕士。化学工程研究。

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