停车场中自动化代客泊车技术的仿真模型与性能评估

《Simulation Modelling Practice and Theory》：Simulation model and performance evaluation of automated valet parking technologies in parking lots

放射性熔盐中镧系元素（以铒为代表）的去除效率达99.99%，通过阴极沉积与4A分子筛吸附协同作用实现，解决了电解效率衰减和选择性提取难题，降低干后处理成本。

　　本研究提出了一种创新的放射性熔盐净化方法，通过结合阴极沉积与高温吸附技术，实现了从乏核燃料中去除镧系元素的目标。这项研究以铒（Er）作为代表性镧系元素，深入探讨了其与镓（Ga）在电化学沉积过程中的机制，展示了通过恒电位电解法实现选择性提取的可行性，去除效率达到了92.57%。随后，对电解后的盐溶液进行4A分子筛吸附处理，进一步提升了目标元素的去除效率至99.93%，最终通过集成电解与吸附的工艺，总去除效率高达99.99%。值得注意的是，在模拟多镧系元素的条件下，所有测试的元素均保持了超过93%的去除效率。这种双阶段的方法有效应对了两个关键挑战：一是选择性去除具有问题的裂变产物，二是缓解长时间电解过程中电流效率下降的现象，从而促进了放射性熔盐的回收利用，同时显著降低了干法再处理的运营成本。

随着全球气候变化和能源安全问题日益突出，可持续发展成为各国关注的核心议题。核能作为一种高密度、零排放的能源形式，正在成为低碳能源系统的重要组成部分。目前，全球共有440座运行中的核反应堆，提供了约10%的全球电力。然而，核能的可持续发展高度依赖于先进的乏燃料再处理技术。现有的乏燃料再处理技术主要包括干法和湿法两种。其中，干法再处理因其流程简洁、设备紧凑、操作步骤少、适应性强，特别适用于处理高燃耗和高放射性的乏燃料，因此成为当前研究的重点。近年来，第四代钍基反应堆的发展重新激发了对熔盐电解技术在核燃料后处理应用中的研究兴趣。这种技术具备流程简化、模块化设计、减少废弃物生成以及主要产生固体二次产物等优势。

在传统的熔盐电解工艺中，乏金属燃料作为阳极置于LiCl-KCl共晶熔盐电解质中，通过固/液阴极电沉积技术实现铀和超铀元素的回收。然而，电解过程中残留的微量镧系元素和少量超铀元素会对熔盐的循环利用效率产生不利影响，尤其是在锂含量较高且生产成本较高的情况下。因此，如何高效去除这些残留元素成为提升熔盐再处理技术的关键。本研究在已有研究成果的基础上，开发了一种集成电解还原与高温吸附的创新方法。通过系统研究不同阴极材料对镧系元素的提取效果，发现镓（Ga）在分离锕系/镧系元素方面表现出优越的电化学选择性。其低熔点（29.8°C）使得液态阴极的再生成为可能，从而降低操作成本。然而，长时间电解过程中电流效率的显著下降仍然是大规模燃料再处理面临的主要经济障碍。

为了克服这一问题，研究团队引入了4A分子筛作为高温吸附材料。这种材料具有高度均匀的微孔结构，其孔径可调，能够实现分子级别的选择性吸附与分离。此外，4A分子筛在化学稳定性、热稳定性和可逆吸附能力方面表现出色，使其成为吸附应用的理想选择。通过将电解与吸附技术相结合，不仅提高了镧系元素的去除效率，还为熔盐的再生提供了一种全新的方法。这一技术的应用有望简化核废料玻璃化处理流程，并推动闭式核燃料循环的发展，从而提高资源回收率和核能系统的可持续性。

在实验过程中，研究团队首先对混合盐进行了真空干燥处理，以去除残留水分。随后，在实验开始前，采用恒电位电解法（-2.10 V）对熔盐进行初步净化，以去除具有电化学活性的杂质。这一步骤显著提升了后续处理的效率。通过结构分析发现，所使用的分子筛呈现出单分散球形形态，并具有稳定的4埃孔径结构。这种结构特性使得分子筛能够有效吸附特定大小的分子，从而实现高效分离。

在电化学设备和方法的选择上，研究团队采用三电极配置进行实验分析。这种配置能够精确控制工作电位，并有效监测电解过程中的电化学行为。通过对Er(III)离子在LiCl-KCl熔盐体系中的电化学特性进行系统研究，特别是在含有2.53% ErCl?的熔盐中，利用钨工作电极进行了详细分析。实验结果表明，Er(III)离子在773 K温度下表现出特定的电化学响应。例如，图2a显示了循环伏安法（CV）曲线，对比了掺杂ErCl?的熔盐与基础LiCl-KCl电解质的差异。分析结果揭示了两个显著的电化学现象：一是与锂沉积/溶解相关的显著氧化还原对A/A′出现在-2.40 V处；二是新的氧化还原过程的出现，进一步表明了Er(III)离子在特定电位下的行为特征。

此外，研究团队还采用了方波伏安法（SWV）和开路电位测量等方法，对Er(III)离子在不同阴极材料上的电沉积机制进行了深入探讨。这些实验不仅揭示了Er(III)离子在铜基底上的沉积动力学特性，还分析了其热力学参数和界面电荷转移过程。研究发现，通过合金介导机制可以显著提升Er(III)离子的沉积速率和效率。这一机制为优化电解过程提供了理论依据，也为选择合适的阴极材料奠定了基础。

在吸附实验中，研究团队对电解后的盐溶液进行了高温处理，利用4A分子筛的吸附能力进一步去除残留的镧系元素。通过调整吸附条件，如温度、时间以及溶液浓度，团队成功实现了目标元素的高效去除。吸附实验结果表明，4A分子筛在高温条件下能够稳定地吸附Er(III)离子，并在后续处理中实现其有效回收。这一过程不仅提高了整个系统的去除效率，还降低了对高成本阴极材料的依赖，从而优化了整体工艺的成本效益。

为了验证该方法的可行性，研究团队在模拟多镧系元素的条件下进行了测试。实验结果表明，所有测试的元素均保持了超过93%的去除效率，进一步证明了该方法在复杂体系中的适用性。这一发现对于实际应用具有重要意义，尤其是在处理含有多种镧系元素的乏燃料时，能够确保较高的净化效果，从而提升熔盐再处理的整体效率。

通过将电化学处理与分子筛吸附技术相结合，本研究提出了一种全新的放射性熔盐净化方法。该方法不仅能够有效去除裂变产物，还为熔盐的回收利用提供了可靠的技术支持。在实验过程中，团队还发现，通过优化电解和吸附的参数，可以进一步提升去除效率，同时减少对环境的影响。这一技术的推广和应用将有助于推动核能行业的可持续发展，提高资源利用率，并降低核废料处理的经济负担。

此外，研究团队还探讨了该方法在实际应用中的潜在优势。例如，电解与吸附的集成工艺能够显著缩短处理时间，降低能耗，并减少对复杂设备的依赖。这些优势使得该方法在大规模燃料再处理中具有广阔的应用前景。同时，该方法的实施也为核能行业提供了新的技术路径，有助于实现核燃料的闭环循环，从而减少核废料的产生和环境影响。

本研究的成果为未来核能系统的可持续发展提供了重要的技术支撑。通过将先进的电化学技术与高效的吸附材料相结合，团队成功开发了一种能够显著提升熔盐净化效率的方法。这一方法不仅能够有效去除裂变产物，还能够降低再处理过程中的经济成本，从而推动核能行业向更加环保和经济的方向发展。此外，该方法的实施还为核燃料的循环利用提供了新的思路，有助于实现资源的高效回收和利用。

综上所述，本研究提出了一种创新的放射性熔盐净化方法，通过结合阴极沉积与高温吸附技术，实现了高效去除镧系元素的目标。该方法在实验中表现出优异的去除效率，并在模拟多元素条件下保持了稳定的性能。通过优化电解和吸附参数，团队成功克服了长时间电解过程中电流效率下降的问题，为熔盐的循环利用提供了可靠的技术支持。这一成果不仅有助于提升核能系统的可持续性，还为未来核燃料的再处理技术发展提供了新的方向和思路。