美国DOE寻求重水再利用行业合作

美国能源部（DOE）环境管理办公室（EM）发布了一份信息征集书（RFI），就目前储存在南卡罗来纳州Savannah River Site（SRS）的多达53万加仑重水的有益再利用，寻求行业意见。这批重水库存此前曾在氚和钚生产反应堆中用作慢化剂。

“Savannah River Site的重水库存是一项重要的国家战略资产，”EM助理部长Tim Walsh表示。“这份RFI是确定行业合作伙伴的关键一步，这些合作伙伴能够帮助最大化该资源的价值，以支持美国的能源安全。”

该RFI邀请广泛的利益相关方提供意见，包括在重水处理方面有明确需求和专业知识的行业，以及有兴趣探索在SRS开发新设施或直接租赁土地的实体。重水具有独特的性质，可用于先进核能应用、尖端研究和医用同位素生产。DOE表示，该RFI“是通过确定其国内处理、净化和再利用途径，最大化这一战略资源价值的关键一步”。

DOE-EM寻求探索创新的重水再利用途径，以解决关键的国内需求。具体而言，该RFI旨在：

SRS目前在C、K和L反应堆厂房内的慢化剂储罐（位于-40层）以及L和K反应堆设施中储存的桶中，储存着约53万加仑重水（氧化氘，D2O）。

这些设施拥有结构坚固、厚壁的工程结构，用以隔离放射性物质。位于C、K和L反应堆厂房内的-40层慢化剂储罐储存着大量的重水。-40层指的是厚重混凝土反应堆结构的地下/地表以下标高，提供了卓越的辐射屏蔽和抵御外部影响的实物安保。

虽然C、K和L反应堆已不再运行，但其加固过的工艺区已被改造为长期战略物资储存场所。C反应堆作为主要枢纽，专门用于集中储存重水慢化剂。库存中具有不同氚污染水平和富集度的部分，被保存在密封的工业桶中。这些桶储存在K和L反应堆综合设施内指定的设施边界内，从而可以根据纯度等级灵活地隔离材料。

重水储存整合到了这些特定厂址地点更广泛的核材料处置基础设施中。除了重水桶之外，美国国家核安保管理局（NNSA）利用加固的K反应堆厂房来安全地整合和检查非弹芯钚。位于前L反应堆厂房内的拆卸水池，拥有2.5至7英尺厚的混凝土墙。它容纳着340万加仑的轻水，用于在化学后处理之前屏蔽和安全冷却来自国内外研究堆的乏燃料（UNF）。

DOE指出，重水库存“储存在各种慢化剂储罐和桶中，呈现出不同程度的污染物、氚和氘富集度”。该重水此前曾在氚/钚生产反应堆中用作慢化剂，并因其高氘浓度而被保留，使其成为一种宝贵的资源。

目前，DOE没有专门的重水除氚设施。虽然Savannah River国家实验室（SRNL）在除氚方面拥有公认的专业知识，并能支持项目计划、成本估算和独立审查的制定，但任何与SRNL就此服务进行的直接接洽，都需要由相关方和SRNL单独协商。DOE表示，行业合作伙伴可以自由地与他们认为合适的任何实体就除氚或其他处理需求进行合作。

“此外，一旦行业合作伙伴成功地将氚从重水中分离出来，DOE可能有兴趣接收和利用这些氚。这种潜在的安排将为氚提供一条有益的处置途径，并支持DOE内部的项目需求。”

20世纪50年代初，SRS建造了五座核反应堆，用于生产核武器所需的钚和氚。然而，在SRS的400/D区投入运行之前，这些反应堆都无法生产这些材料，甚至无法进入初始启动过程。庞大的400/D区是SRS最早建成的生产区之一，其建造的唯一目的就是为反应堆供应重水。

SRS的反应堆不同于华盛顿州Hanford Site那些为Trinity试验和投放在长崎的原子弹生产钚的反应堆。那些反应堆是用石墨“慢化”的。SRS的反应堆是重水慢化的——在裂变过程中，重水慢化中子的效果远优于石墨，但它也能冷却反应堆。SRS反应堆的完工时间是错开的，以便它们能在400/D区生产出各自所需的重水量后投入运行。

到1982年，SRS的重水运行已经停止，生产出了所需的数量以及可观的盈余。大部分在SRS反应堆中使用或用于国内其他地方，同时也有大量出售给其他国家。到1989年，所有反应堆都已关闭，进一步增加了重水库存。

重水可以通过灌浆固定来处理，但这既昂贵又耗费人力。DOE科学办公室曾联系SRNL的氢处理小组，探索从重水中去除氚以实现其再利用的方法。

氢处理小组研究了现有的除氚方法，包括简单蒸馏、联合电解催化交换和低温蒸馏，并倾向于采用一种结合了这三种方法的方式。“将它们结合在一起，我们可以处理100%的水，回收100%的重水，并得到DOE可以出售的氚气，”SRNL该项目的技术负责人Lucas Angelette Angelette说。

此外，重水中含有稀有且有价值的氧同位素，这些同位素和氘一样，在医学上很有用。其中一种同位素用于PET扫描，价值可达数千美元。该小组正在为一个中试规模系统和全面生产设施编制成本估算。一些资金已经可用于购买中试系统的资本设备。

与此同时，DOE现在希望工业界能承担这项任务。对RFI的回复要求在9月21日之前提交。

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