核燃料閉式循環(huán)對于核能的可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義，其中乏燃料再生利用是閉式核燃料循環(huán)的核心環(huán)節(jié)，能夠提高鈾資源的利用率，實(shí)現(xiàn)放射性廢物最小化，更可以妥善解決高放廢物的處理處置問題。目前，國際上公認(rèn)的處理高放廢物的方法是通過加速器驅(qū)動的次臨界反應(yīng)堆（ADS）將長壽命高放射性核素轉(zhuǎn)變?yōu)槎虊勖约爸械葔勖蛘叻€(wěn)定的核素。壓水堆乏燃料經(jīng)過高溫氧化還原處理，去除了其中的大部分揮發(fā)性裂變產(chǎn)物，剩余的放射性主要取決于其中的U、Pu以及Np、Am、Cm等次錒系核素。研究包含有次錒系核素的再生核燃料小球的制備方法及裝置，是實(shí)現(xiàn)嬗變系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)。

中國科學(xué)院近代物理研究所嬗變化學(xué)研究室與瑞士保羅謝勒研究所（PSI）合作，通過對溶膠凝膠過程的化學(xué)動力學(xué)進(jìn)行系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)在室溫下通過改變料液組成可在短時(shí)間內(nèi)完成溶膠凝膠過程。由此提出了一種室溫即時(shí)-無冷卻混合與微波輔助加熱相結(jié)合的快速溶膠凝膠方法，用于在手套箱內(nèi)制備包含有次錒系核素的新型核燃料小球。科研人員在瑞士PSI和近代物理所分別搭建了用于制備包含有次錒系核素核燃料小球的實(shí)驗(yàn)平臺，并成功制備了粒徑為500μm的模擬核燃料CeO2小球。該方法有效避免了次錒系核素的α和γ射線對凝膠劑的輻射分解，以及二次有機(jī)放射性廢液的產(chǎn)生。

研究工作得到了中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（A類）“未來先進(jìn)核裂變能—來先進(jìn)嬗變系統(tǒng)”項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的支持。