Peter Walmsley 解释了 μ 子断层扫描在 Sellafield 站点废物管理中的作用
塞拉菲尔德场址上的Magnox Swarf Storage Silos (MSSS)1是核退役管理局 (NDA) 中危险性最高的设施之一。该设施最初建于 1960 年代，其 22 个隔间用于储存不同类型的高活度核废料的混合物。大部分是马诺克斯反应堆2乏燃料后处理产生的废物。
对老化隔间以安全方式持续储存这些废物的能力的担忧导致决定从筒仓隔间中回收废物并最终降低设施带来的风险和危害
后处理是一项关键操作，回收可重新用于制造新燃料的铀 235。这是后处理操作的第一阶段，去除外镁壳以暴露经辐照的金属燃料3，这会产生镁“碎屑”废物。切屑被铀金属燃料污染，在剪切过程中无意中被去除。去除后，切屑被储存在水的覆盖下，在切屑储存筒仓中。在 21 世纪之交后，MSSS 不再存放碎屑，但对老化隔间以安全方式持续储存这些废物的能力的担忧导致决定从筒仓隔间中取回废物并最终降低风险和设施造成的危害4.
综合废物管理流程
虽然废物回收和处理的单步方法通常更可取，但 NDA 认识到在某些情况下，替代的、分阶段的过程更合适。可用特征信息的范围、原始废物储存设施的状况和计划的可交付性/可负担性在确定所选方法方面发挥着作用。采用分阶段流程，回收的废物在最终调整和处置之前处于临时状态，这创造了机会更多地了解废物的形式，并准备最有效的方法来调整处置以进行处置，同时最大限度地减少近期风险一个可以忍受的水平。
这种渐进式风险和危害减少策略(参见图 1)涉及从旧设施中回收废物，以便在高度屏蔽的现代存储设施内的坚固容器中进行临时存储。经过长时间的储存，预计将在地质处置设施 (GDF)5处置之前进行废物处理，该设施将是一个高度工程化的结构，能够提供数千年的保护。
状态监测和检查 (CM&I)
虽然分阶段的方法可能会导致立即降低风险，但在整个废物生命周期中仍然必须考虑相当大的风险和后果。在临时储存期间，需要了解废物和废物容器是如何演变的，以确保废物按照模型运行，并且不存在储存包装内容器丢失的风险。收集废物包装信息的过程称为状态监测和检查 (CM&I)。除了对未缓解的关键风险发出警报外，CM&I 还提供监管信心，告知最终处理或调节工厂的要求，并证明 GDF 交付时间表的延迟是可以容忍的。
在临时储存期间，CM&I 可以就地(废物容器位于现代储存设施内的储存位置)或异地(废物容器移离其储存位置)进行。无论如何，包裹的剂量率会阻止人员接触包裹，因此必须远程部署该技术。
提供监控能力的技术
Sellafield Ltd 正在考虑采用一系列具有不同准备水平的技术，从基本的视觉检查到复杂的新型成像技术，以满足现场的 CM&I 要求。在技术准备水平较低的地方，诸如游戏改变者核创新计划之类的资助计划有助于开发这些工具。
虽然本文主要关注 μ 子断层扫描，但拉曼光谱是一种在多个领域具有潜力的 CM&I 技术。弗劳恩霍夫应用光子学研究所获得资金，从概念验证阶段开始开发拉曼光谱系统，以测量 Sellafield 废物临时存储内的氢浓度。由于镁和水的反应，废物包在临时储存期间预计会产生氢气，氢气将通过废物容器上的过滤器释放到周围环境中。氢气高度易燃，因此其浓度是一个值得关注的参数(也可以使用浓度来推断反应速率，从而推断反应物的消耗量)。
拉曼光谱是一项历史悠久的实验室规模技术，它利用光与材料相互作用的内在性质来确定其化学和结构信息以及废物形式的演变。弗劳恩霍夫研究所旨在开发一种系统，该系统可以在大型存储环境中获得氢浓度的距离分辨测量。这是通过使用脉冲激光激发样品来实现的，通过测量散射光子的波长、飞行时间和强度，可以推断出氢的浓度及其范围。使用单光子检测技术允许在扩展 (10 m+) 范围内进行此类测量。Sellafield 站点6已经实现了实际部署并且，与 REACT Engineering 合作，正在开发在临时存储期间(未来 5 年)部署此工具的选项。拉曼光谱在核工业中可能还有其他应用，因为与电离辐射接触(辐射分解)的水分解产生氢气是一个常见问题。
不过，在这里，我们将重点关注部署 μ 子断层扫描所面临的挑战，以及为开发适用于高度受限的核环境的系统所做的工作。类似于更常用的 X 射线技术，μ 子断层扫描是一种成像技术，可用于识别不同密度的区域并定义它们的形状和尺寸。在 CM&I 的背景下，它可用于识别物体内的变形、废物类型的分布以及相边界的测量。Lynkeos Technology 是格拉斯哥大学核物理小组 2016 年的衍生公司，以及国家核实验室 (NNL) 正在开发这样的系统。(这项工作是通过 2009 年由 Sellafield 资助的成功研发计划以及后来在 2017 年根据 Innovate UK 合同实现的商业化实现的。) 请注意，虽然拉曼光谱适合原位部署，但 μ 子成像系统的大小意味着异地部署是唯一可行的选择。Lynkeos 的目标是在未来 5 年内部署。
