SHINE推进乏燃料后处理

美国聚变与同位素公司SHINE拥有一个服务于核燃料后处理市场的平台，目前正与GE Vernova合作开发一套现代化、效率更高的系统，以在整个后处理过程中跟踪乏燃料。目前，核设施运营方可能需要使用冗余仪表、实物安保措施、反复人工取样和定期停运，对设施内的核材料进行盘存检查。核材料控制与衡算是NRC实施的一项更大规模核保障计划的组成部分，旨在确保核材料不会被盗或以其他方式转移。

此次合作引入人工智能（AI）和实时跟踪技术，以实现核材料衡算的现代化。这项计划旨在安全处理美国不断增长的约9.4万吨乏燃料库存。该项目由能源部（DOE）先进能源研究计划署（ARPA-E）资助，并由GE Vernova的Advanced Research Center牵头。

作为分包商，SHINE Technologies正从一开始就将“核保障设计”融入未来的商业后处理设施。该系统以一种名为MAYER（单色测定增强可靠性）的技术为核心。MAYER不采用传统的定期停运和人工材料取样，而是利用连续传感器测量，在同位素流经设施时对其进行跟踪。

跟踪数据被持续输入虚拟数字孪生系统，该系统实时映射实体运行情况。算法处理数据流，以检测偏差、优化测量并保持核保障的精确性。这带来了多项商业和运营效益：

SHINE首席技术官Ross Radel表示：“在乏燃料后处理设施开展核材料控制与衡算，有一种更好的方式——不会造成长期成本和运行中断。作为一家正在设计自身后处理工艺的公司，SHINE正加入由GE Vernova牵头的合作，解决从第一天起就在核燃料后处理设施中纳入现代化衡算和核保障措施的设计挑战。如果做好这一点，这些设施将更具成本效益，停运时间也会更短。”

除MAYER合作外，SHINE还宣布建立另一项合作伙伴关系，旨在为切实可行的核燃料后处理铺平道路，将核“废物”转化为能源资源。SHINE对商业后处理计划的更宏大构想被称为REDUCE（回收元素—销毁不需要的物质—创造能源）。根据这一框架，SHINE计划溶解乏燃料，提取有价值的铀和钚，用于制造新的反应堆燃料；分离工业和医用同位素；并利用聚变驱动的中子销毁长寿命放射性废物。

REDUCE工艺的成本竞争力技术正通过与Argonne National Laboratory（ANL）和Case Western Reserve University的合作得到推进。这项具体合作重点优化核材料分离的经济效率，并整合ANL名为PaCERS（放射化学分离用填充式离心设备）的下一代化学处理设备。

该技术使用高速旋转设备产生远超正常重力的离心力，从而大幅加快化学分离。通过显著减少所需溶剂量并扩大处理能力，PaCERS可直接降低提取铀、钚和高价值医用同位素所需的资本成本和运营成本。

ANL与Case的合作负责提升REDUCE的化学分离效率，与此同时，SHINE还建立了重要的私营部门合作伙伴关系，以实现回收材料的闭环利用。

SHINE与Orano于2024年2月签署一份谅解备忘录（MOU），合作在美国开发一座商业规模示范设施，对轻水堆乏燃料进行后处理。该合作旨在从乏燃料中提取99%的可用铀和钚。

SHINE于2025年7月与Standard Nuclear达成战略合作伙伴关系，双方据此建立了一个初期为期一年的框架，以确立商业关系，利用SHINE的回收材料制造三层结构各向同性颗粒。2026年5月，SHINE和Standard Nuclear还共同获得DOE遴选，将就剩余钚利用计划开展谈判。

SHINE与newcleo于6月达成合作协议，评估SHINE如何供应回收的核废物材料，以制造先进混合氧化物（mox）燃料。两家公司还表示有意共同争取美国联邦资金。

SHINE Technologies预计将在本世纪30年代初开始建设其首座商业REDUCE后处理示范设施，并以投入运行为目标，通过分阶段路线图推动其已经验证的放射化学技术向大规模商业部署过渡。SHINE正在完成其位于威斯康星州Janesville的Chrysalis医用同位素设施建设，该设施获得DOE一笔263m美元有条件贷款的支持。Chrysalis计划于2027年初开始商业生产。

该设施已完成NRC运营执照审查，这是SHINE将在其未来后处理设施中复制的一条关键监管路径。通过DOE的Genesis任务以及与GE Vernova合作开展的MAYER项目，SHINE将在未来数月把AI层和先进传感器嵌入其工艺化学体系，以确保较低的资本成本并优化材料跟踪。

SHINE目前正通过由美国电力研究院牵头的MARIE联盟开展“核保障设计”优化建模。与此同时，SHINE正与newcleo等合作伙伴开展技术范围界定工作，以最终确定未来设施的联合联邦资金申请方案。SHINE预计将在本世纪30年代初开始建设实体商业后处理示范设施。投入运行后，该设施的初期目标处理能力为每年处理100吨乏燃料。这座示范电站将与Orano合作开发，把SHINE的分离技术与Orano的商业规模水法后处理方法相结合，系统处理美国积压的核废物。

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