成熟生产工艺
在经过大量调研之后，美国能源部提出利用先进试验堆（ATR）和高通量同位素生产堆（HFIR）生产钚-238的计划，并在2013年生产出钚-238。这两座反应堆分别位于爱达荷国家实验室和橡树岭国家实验室。它们的热中子通量高，适合于钚-238生产。实际生产情况评估表明，钚-238的产能可达到每年1.5千克（满足能源部对钚-238产能的最低要求）。为实现这一产能，需要投资约l亿美元。
　　当前，能源部采用的钚-238生产工艺是一种已得到生产验证且工程技术成熟的工艺。这种生产工艺是：首先在铝管内填充固体氧化镎粉末，然后放入反应堆中接受6个多月的辐照。在反应堆中，镎-237原子核在俘获一个中子后转变成镎-238，之后再通过衰变生成钚-238。辐照后的大块靶材料经处理即可提取钚-238产品。
　　虽然这一工艺技术成熟，但也存在一些问题：
　　镎-238原子核在吸收中子后发生裂变的概率非常大，在长期辐照过程所产生的镎-238中，有80％～90％在衰变为钚-238之前就因裂变而损失掉了，因此钚-238的生产效率低。
　　经过辐照后的靶材中含有大量裂变产物，具有高放射性，因此，需要用规模庞大、复杂且昂贵的设施来处理辐照后的靶材。
　　处理过程会产生大量高放废液。橡树岭国家实验室的Robert Wham于2012年3月在“月球与行星科学大会”上发表的论文中称，“已经产生和贮存成千上万加仑放射性酸性溶液和几桶（每桶约19升）超锕系元素废物”。

新生产工艺
在航空航天局第一阶段创新先进概念（NIAC）计划的支持下，美国空间核研究中心评估了一种创新的钚-238生产工艺。该工艺的主要创新之处在于进行连续流动进料，用靶囊（装有待辐照的高浓度镎-237溶液）将供料流“量化”成小单元进行单个处理。
新生产工艺的优点包括：
1.将待辐照的高浓度镎-237溶液装入靶囊，这样就不会产生镎在流动通道上的挂留问题。靶囊（用几种聚合物制成）还提供了一个中子热化层，发挥了镎-237热吸收截面高的优势。此外，即使流水载体管道破裂，由于靶囊易于回收，水流也不会污染反应堆，反应堆的反应性也不会发生变化。
2.通过控制靶囊流速可显著降低镎-238的损失比例，从而大幅提高钚-238的生产效率。
3.采用靶囊使得一次处理的辐照物料量很小，所需处理设施的尺寸也小，同时降低管道破裂时靶溶液溅到反应堆或设备里的风险。
4.废物产生量显著减少。经过处理后，新工艺每年只会产生几千克珠状树脂废物，其上覆盖着数克裂变产物，而成熟工艺每年产生数千加仑的废液。
为了能够将新生产工艺投入实际应用，需要满足下述条件：
1.需要能容纳靶囊流动通道的高通量热中子反应堆；
2.需要确定靶在堆芯内停留时间、堆外衰变时间以及辐照溶液的处理工艺。
如果要在先进试验堆或高通量同位素生产堆使用新生产工艺，势必会长时间地中断反应堆的运行，成本巨大。然而，新生产工艺可在一座新建商用堆内实现。空间核研究中心已利用通用原子公司（General Atomics）的TRIGA堆开展试验研究，进行钚-238生产工艺连续流动系统的潜在性能评估。评估成果包括：
确定镎-237在靶囊中的最大浓度（以不过分降低中子通量为宜）；确定镎-237靶件在反应堆中的最佳停留时间（以钚-238的生产最大化为目标）；预测冷却流体对增加中子吸收的影响；设计辐照后分离钚-238的化学工艺；评估各种化学反应、腐蚀以及系统中镎的挂留问题。
　　空间核研究中心还确定了与新工艺相配套的钚-238球生产工艺。在新工艺中，将钚-238球压制成标准的具有适当物理特性的“芯块”所需的手工操作会更少，能减少人员在设施里的走动，降低成本，并减少废液的产生量。

成本比较
使用成熟生产工艺，钚-238的生产成本很高。在镎-238转变成钚-238所需的衰变时间里，靶棒必须贮存在屏蔽设备中，然后将它们转移到溶解区，在硝酸溶液中进行溶解，之后再送进分离线。复杂的处理流程牵涉到诸多设施、设备和操作人员，这些都需要投入巨额资金。
　　空间核研究中心研发的新生产工艺不需要专门的辐照产品衰变设施，因为供料管线被设计成让衰变在反应堆容器内进行，即辐照胶囊的移动速度与其在堆芯内所需的照射时间以及衰变时间相匹配。由于一次处理仅一个胶囊，因此分离管线长度有限。
　　初步研究表明，整个分离系统甚至可安置在堆顶或就设在堆旁，无需独立设施。设备安置方面，空间核研究中心的建议是将生产设施安放在爱达荷国家实验室的“材料和燃料综合研究设施”（MFC）内，以便将钚-238生产设施以及放射性同 位素电源的生产、加工和装配设施集中在同一区域，从而避免在后续放射性同位素电源制造期间出现钚-238运输问题。
　　空间核研究中心利用用于核安全分析和设计的全套建模和仿真软件包SCALE6.1进行反应堆设计仿真，并在此基础上进行初步成本估算。结果显示，成本主要取决于所需反应堆的热功率。初始成本与反应堆热功率大小基本上呈线性关系，这是最大的单项成本。堆内镎-237的存量也随反应堆热功率水平变化。为达到合理的照射时间，需要固定胶囊的移动速度，因此钚-238的最佳产能也随反应堆热功率变化。钚-238的生产成本详见下表。
　　对于新生产工艺，空间核研究中心的评价结果是，采用低功率商用核反应堆每年生产1.5千克钚-238是可行的，并且在几年内其生产足以满足航空航天局对钚-238的需求，而且生产成本能得到显著降低。

不错

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