stringtranslate.com

ПУРЭКС

Переработка отработанного ядерного топлива методом PUREX, впервые разработанным в 1940-х годах для производства плутония для ядерного оружия, [1] была коммерчески продемонстрирована в Бельгии для частичной дозаправки LWR в 1960-х годах. [2] Этот водно-химический процесс продолжает использоваться в коммерческих целях для отделения плутония реакторного качества (RGPu) для повторного использования в качестве МОХ-топлива. Это остается спорным, поскольку плутоний можно использовать для изготовления ядерного оружия. [3] [4]
Наиболее развитым, хотя и не имеющим коммерческого применения, альтернативным методом переработки является пирообработка , [5] предложенная как часть изображенного интегрального быстрого реактора с металлическим топливом (IFR) – концепции быстрого натриевого реактора 1990-х годов. После того как отработанное топливо растворяется в расплавленной соли, все подлежащие вторичной переработке актиниды , состоящие в основном из плутония и урана, хотя и с важными второстепенными компонентами, извлекаются с помощью электрорафинирования/ электролиза . Полученная смесь всегда сохраняет плутоний в неразделенной форме актинида с гамма- и альфа-излучением , что также обеспечивает мягкую самозащиту в случае кражи. [6]

ПУРЕКС ( восстановительная экстракция плутония и урана ) представляет собой химический метод, используемый для очистки топлива для ядерных реакторов или ядерного оружия . [7] ПУРЕКС — это де-факто стандартный метод водной ядерной переработки для извлечения урана и плутония из отработанного ядерного топлива ( отработанного ядерного топлива или облученного ядерного топлива). Он основан на ионном обмене жидкостно-жидкостной экстракции . [8]

ПУРЕКС применяется к отработанному ядерному топливу , которое состоит в основном из элементов с очень большим атомным весом ( актиноидов или «актинидов») (например , урана , плутония , америция ), а также небольших количеств материала, состоящего из более легких атомов, особенно продуктов деления, образующихся работа реактора.

Упрощенная схема извлечения плутония.

Актиноидные элементы в этом случае состоят в основном из неизрасходованных остатков исходного топлива (обычно U-235 , U-238 и/или Pu-239 ).

Химический процесс

Структура уранилнитратного комплекса, экстрагируемого в ПУРЕКС. [9]

Топливо сначала растворяют в азотной кислоте в концентрации около 7 М. Твердые вещества удаляются фильтрацией, чтобы избежать образования эмульсий , называемых третьими фазами в области экстракции растворителями.

Органический растворитель состоит из 30% трибутилфосфата (ТБФ) в углеводороде , таком как керосин . Уранил(VI) UO2+
2ионы экстрагируются в органическую фазу в виде комплексов UO 2 (NO 3 ) 2 ·2ТБФ; плутоний извлекается в виде подобных комплексов . Более тяжелые актиниды, в первую очередь америций и кюрий , и продукты деления остаются в водной фазе. Охарактеризована природа комплексов уранилнитрата с триалкилфосфатами. [10]

Плутоний отделяют от урана путем обработки раствора ТБФ-керосина восстановителями для перевода плутония в степень окисления +3, которая перейдет в водную фазу. Типичные восстановители включают N,N- диэтилгидроксиламин , сульфамат железа и гидразин . Затем уран выделяют из раствора керосина путем обратной экстракции азотной кислотой в концентрации около 0,2 М. [11]

ПУРЕКС рафинат

Термин « рафинат PUREX» описывает смесь металлов в азотной кислоте , которая остается после удаления урана и плутония с помощью процесса PUREX из жидкости растворения ядерного топлива . Эту смесь часто называют высокоактивными ядерными отходами .

Существует два рафината PUREX. Наиболее активным рафинатом первого цикла является тот, который чаще всего известен как рафинат PUREX. Другой — из среднеактивного цикла, в котором уран и плутоний очищаются путем второй экстракции трибутилфосфатом .

Темно-синий — объемные ионы, голубой — продукты деления (группа I — Rb/Cs) (группа II — Sr/Ba) (группа III — Y и лантаноиды ) , оранжевый — продукты коррозии (трубопроводов из нержавеющей стали) Зелёный — основные актиниды, фиолетовый — второстепенные актиниды , пурпурный — нейтронный яд .

В настоящее время рафинат PUREX хранится в резервуарах из нержавеющей стали до переработки в стекло . Рафинат ПУРЕКС первого цикла очень радиоактивен . Он содержит почти все продукты деления , продукты коррозии , такие как железо / никель , следы урана, плутония и второстепенных актинидов .

Загрязнение

Завод PUREX на площадке в Хэнфорде был ответственен за производство «больших объемов жидких отходов», что привело к радиоактивному загрязнению грунтовых вод. [12]

Измерения Гринпис в Ла-Гаге и Селлафилде показали, что радиоактивные загрязнители постоянно выбрасываются в море и воздух. Таким образом, люди, живущие рядом с этими перерабатывающими заводами, подвергаются более высокому уровню радиации, чем естественный фоновый уровень радиации . По данным Гринпис , эта дополнительная радиация невелика, но не пренебрежимо мала. [13]

История

Процесс PUREX был изобретен Гербертом Х. Андерсоном и Ларнедом Б. Эспри в Металлургической лаборатории Чикагского университета в рамках Манхэттенского проекта под руководством Гленна Т. Сиборга ; в их патенте «Процесс экстракции плутония растворителем», поданном в 1947 году, [14] трибутилфосфат упоминается как основной реагент, который выполняет основную часть химической экстракции. [15]

Список объектов ядерной переработки

Смотрите также

Ссылки и примечания

  1. ^ Гринвуд, стр. 1255, 1261.
  2. ^ «Перерабатывающие заводы по всему миру» . Европейское ядерное общество . Архивировано из оригинала 22 июня 2015 года . Проверено 29 июля 2008 г.
  3. ^ Оценка характеристик устойчивости к распространению топлива легководных реакторов с возможностью переработки в США.
  4. ^ Стоит ли переработка в США риска?, Стив Феттер и Фрэнк Н. фон Хиппель, Arms Control Today, 1 сентября 2005 г.
  5. ^ LC Уолтерс (18 сентября 1998 г.). «Тридцать лет информации о топливе и материалах от EBR-II». Журнал ядерных материалов . 270 (1): 39–48. Бибкод : 1999JNuM..270...39W. дои : 10.1016/S0022-3115(98)00760-0.
  6. ^ [1] ПУРЕКС и ПИРО — это не одно и то же, Ханнум, Марш, Стэнфорд.
  7. ^ Грегори Чоппин; Ян-Олов Лильензин ; Ян Ридберг (2002). Радиохимия и ядерная химия, третье издание . п. 610. ИСБН 978-0-7506-7463-8.
  8. ^ Пайва, AP; Малик, П. (2004). «Последние достижения в области химии экстракции растворителями применительно к переработке отработанного ядерного топлива и радиоактивных отходов». Журнал радиоаналитической и ядерной химии . 261 (2): 485–496. doi :10.1023/B:JRNC.0000034890.23325.b5. S2CID  94173845.
  9. ^ Бернс, Дж. Х.; Браун, генеральный менеджер; Райан, Р.Р. (1985). «Структура динитрадиоксобис(триизобутилфосфат)урана(VI) при 139 К». Acta Crystallographica Раздел C. Связь с кристаллической структурой . 41 (10): 1446–1448. дои : 10.1107/S0108270185008125.
  10. ^ Дж. Х. Бернс (1983). «Растворительно-экстрагирующие комплексы уранил-иона. 2. Кристаллические и молекулярные структуры катена-бис(мю-ди-н-бутилфосфато-О,О')диоксоурана(VI) и бис(мю-ди- н-бутилфосфат-О,О')бис[(нитрато)(три-н-бутилфосфиноксид)диоксоуран(VI)]». Неорганическая химия . 22 (8): 1174–1178. дои : 10.1021/ic00150a006.
  11. ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . п. 1261. ИСБН 978-0-08-037941-8.
  12. ^ Гербер, MS (февраль 2001 г.). «История производства защиты объектов в Хэнфорде (кратко)» (PDF) . Флуор Хэнфорд / Министерство энергетики США . Проверено 1 октября 2009 г.
  13. ^ «Гринпис в Гааге (немецкая версия)» . Проверено 30 апреля 2016 г.
  14. ^ Патент США 2924506, Андерсон, Герберт Х. и Эспри, Ларнед Б. и Аспри, Ларнед Б., «Процесс экстракции плутония растворителем», выдан 9 февраля 1960 г. 
  15. ^ П. Гэри Эллер; Боб Пеннеман и Боб Райан (2005). «Умер первый химик-актинид Ларнед Эспри» (PDF) . Ежеквартальный журнал исследований актинидов . Лос-Аламосская национальная лаборатория. стр. 13–17. Архивировано из оригинала (PDF) 1 февраля 2014 г.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки