在美国能源部的支持下，阿贡国家实验室正积极与工业界展开合作，致力于开发具有成本效益的核燃料回收技术，以挖掘核废料中潜藏的能源价值，推动核能产业的可持续发展。

美国各地的核反应堆运行过程中会产生大量废燃料，其中超过95%的废燃料仍蕴含着宝贵的能源潜力。通过应用先进的化学工艺和新技术，科学家能够对这些材料进行回收，进而产生更多电力，并大幅减少长期放射性废物的产生。目前，研究人员正全力以赴将这一潜力转化为切实可行且可扩展的解决方案。

美国能源部阿贡国家实验室的科学家与位于威斯康星州的SHINE Technologies公司紧密合作，共同设计一种从废核燃料中分离有价值物质的新型化学工艺。该工艺采用了创新设备，如离心接触器——一种通过旋转有效分离混合液体的装置，旨在创建一种更安全、更高效且适用于工业应用的回收方法。此项目的核心目标是打造一种行业能够以经济高效且可扩展的方式采用的回收技术。

阿贡国家实验室化学和燃料循环技术(CFCT)部门副主任坎迪多·佩雷拉强调：“将科学研究与工业实施相结合，对于攻克复杂挑战至关重要。我们的团队致力于运用阿贡的专业知识、技术和研究能力，为私营部门提供世界一流的解决方案。”

然而，回收使用过的核燃料面临着诸多严峻挑战。其一，这种燃料具有高放射性并会产生热量，这意味着在处理或加工之前，必须对其进行安全储存和冷却。燃料回收设施需配备完善的系统，以保护工作人员免受辐射危害，并妥善处理少量剩余的放射性物质。其二，在整个回收过程中，必须确保核材料的安全。无论是新鲜、储存还是回收的核燃料，都必须严加保护，防止未经授权的接触或滥用。科学家们遵循尽早实施“设计保障措施”原则，以降低资金被转用于非和平用途的风险，强大的安保和监控系统对于国家安全和国际合规起着关键作用。

除了技术和安全层面的考量，回收过程还需具备经济可行性。回收材料需要有买家和实际用途，一些公用事业公司可能对在先进核反应堆中使用回收燃料感兴趣，而回收过程中产生的其他有价值副产品，如放射性同位素，可用于太空探索或医学诊断。例如，这些同位素能为深空任务提供动力，或用于挽救生命的医学检测。若这些材料存在商业需求，建造回收设施将更具经济效益。

开发成功的回收工艺还需要具备前瞻性。科学家必须考虑不同反应堆设计对燃料的使用方式，以及未来反应堆所需的材料。像阿贡国家实验室这样的国家实验室专家，凭借其独特资质能够做出准确预测，并相应调整回收方法。

核化学家、阿贡国家实验室CFCT部门放射化学组经理Peter Tkac带领团队应对这一挑战。特卡茨指出，获取、储存或处置纯钚存在风险和负担，因此“优化分离步骤并开发一种不产生纯钚流的工艺至关重要”。在实验室规模环境中，Tkac团队能够模拟回收设施所面临的高辐射环境条件，测试分离过程。他们使用阿贡国家实验室的范德格拉夫电子加速器来模拟核燃料在处理过程中的行为。范德格拉夫加速器是一种粒子加速器，利用静电产生高压，将原子粒子加速到目标，粒子撞击目标时产生少量放射性，使科学家能以可控方式模拟辐射效应，研究回收过程中使用的化学物质如何随时间分解，且无需像处理废核燃料那样使用厚重屏蔽。

这些实验室规模的测试为SHINE和其他合作伙伴就技术扩大规模提供了重要决策依据。SHINE首席技术官Ross Radel表示：“过去，SHINE与阿贡国家实验室合作改进治疗和诊断医用同位素的生产工艺，取得了显著成果，在国内和全球范围内挽救了众多生命。我们相信，此次通过回收使用过的核燃料减少浪费的合作，将消除核电扩张的主要障碍，确保未来充足的能源供应。”

目前，Tkac和他的团队正与SHINE合作，测试可用于大型设施的设备。其中，阿贡国家实验室的离心接触器是关键技术之一。这些装置通过快速旋转两种混合液体，依据密度进行分离，且适应性强。研究人员使用3D打印机构建定制部件，能够快速、低成本地测试不同设计。原型在真实化学条件下进行测试，产生的放射性废物极少，是工业化规模化生产前早期开发的理想选择。Tkac解释说：“阿贡设计的离心接触器技术可以高效、有效且占地面积小地分离非常复杂的混合物。我们有一个很好的核燃料回收策略，具体方法将取决于选择用于能源生产的核反应堆技术。”

随着我国对清洁可靠电力需求的持续增长，核能发展势头正逐步复苏。虽然目前判断哪种反应堆设计将引领潮流为时尚早，但可以确定的是，核能正重新成为应对21世纪能源挑战的可靠解决方案。Tkac表示：“回收使用过的核燃料是一个极其复杂的过程，很大程度上取决于哪种技术将占主导地位以及对电力的需求情况。我们需要制定一个良好的策略。”

这项工作得到了美国能源部技术商业化办公室通过技术商业化基金的支持。阿贡国家实验室和SHINE公司的合作是在合作研发协议下进行的，旨在充分利用阿贡国家实验室的科学专业知识和SHINE公司的商业经验，共同推进核燃料回收技术的发展。