| Процесс | Проводимые исследования и/или их задачи |
| Растворение ОЯТ | Оптимизация условий растворения: для поддерживания совместимости процессов кристаллизации и экстракции, для получения минимального объема готового раствора, для достижения максимальной полноты растворимости U и Pu, для экономии реагентов. |
| Кристаллизация | Изучение поведения продуктов деления в процессе кристаллизации с целью предотвращения их соосаждения. Оптимизация условий процесса, в том числе корректировка валентности Pu и Np, Определение оптимальных концентраций HNO3 и U. |
| Жидкостная экстракция | Уменьшение объема экстрагента за счет более высокой его загрузки и интенсивного рецикла. Упрощение процедуры промывки экстракта путем оптимизации очистки от продуктов деления |
| Реэкстракция | Оптимизировать условия совместной реэкстракции U и Pu с целью получения смешанного продукта с высокой концентрацией по металлу. Оптимизировать условия для извлечения Np в Pu-U-продукт. |
| Другие процессы | Применять бессолевые реагенты и технологии, не образующие солесодержащие отходы. |
Как было упомянуто выше, раствор топлива нагревают или обрабатывают реагентами для переведения Pu и Np в шестивалентное состояние. В зависимости от требуемого коэффициента очистки экстракт промывают одним раствором или используют двойную промывку.
Для проверки схемы одноцикличного процесса на установке CPF (Chemical Processing Facility) было проведено несколько экспериментов в небольших смесителях-отстойниках с использованием ОЯТ реактора Jojo (рис. 2.6.15).
Состав рабочих растворов дан в табл. 2.6.6, а в табл. 2.6.7 приведены результаты разделения.
Как видно из табл. 2.6.6, в опыте № 1 исходный раствор содержит только 20% Pu(VI). Для этого раствор сначала нагревали с целью окисления всего плутония до шестивалентного состояния, а затем охлаждали, чтобы восстановить плутоний до Pu(IV) и создать соотношение Pu(VI)/Pu(IV)=1:4. Во втором опыте Pu(VI), полученный путем нагревания раствора, полностью восстанавливали до Pu(IV) нитратом натрия. Изменение валентного состояния Pu оказывает влияние на химическое состояние и поведение нептуния, приводя во втором опыте к потере 12% Np в рафинате.
Рис. 2.6.15. Схема экспериментов на установке CPF
Таблица 2.6.6
Составы растворов в одноцикличном PUREX-процессе
| Раствор | Опыт № 1 с 20% Pu6+ | Опыт № 2 со 100% Pu4+ | |
| Исходный | [Pu], г/л | 45 | 50 |
| [U], г/л | 110 | 130 | |
| [Np], мг/л | 57 | 69 | |
| [HNO3], М | 5,6 | 3,4 | |
| Восстановитель для Pu | [HNO3], М | 0,2 | 0,2 |
| [нитрат гидроксиламина], М | 0,16 | 0,25 | |
| Промывной № 1 | [HNO3], М | 8 | 8 |
| Промывной № 2 | 0,8 | 0,8 | |
Таблица 2.6.7
Материальный баланс основных компонентов
| Компонент | Рафинат | Pu-U-Np-продукт | U-продукт | |
| Опыт № 1 | U | – | 54% (28 г/л) | 46% (14 г/л) |
| Pu | – | 100% (21 г/л) | – | |
| Np | – | 100% (27 мг/л) | – | |
| ПД | 100% | – | – | |
| Опыт № 2 | U | – | 58% (25 г/л) | 72% (26 г/л) |
| Pu | – | 108% (18 г/л) | – | |
| Np | 12% (4,2 мг/л) | 57% (1,6 мг/л) | – | |
| ПД | 100% | – | – |
В этих опытах были определены коэффициенты очистки U-Pu-Np-продукта от 137Cs и 144Се, они оказались равными 106 и 105, соответственно.
Рис. 2.6.16. Сравнение затрат на системы рецикла в относительных единицах
Японские специалисты полагают, что результаты первых опытов подтвердили возможность осуществления одноцикличного PUREX-процесса, благодаря которому U-Pu-Np-продукт получается достаточной чистоты и может быть использован для изготовления топлива для активной зоны РБН. U-продукт может быть направлен на изготовление топлива для бланкетных зон РБН. Поскольку радиоактивность U-Pu-Np-продукта высока, разрабатывается дистанционно управляемый зольгель процесс с последующей виброупаковкой гранул в оболочки ТВЭЛов.
Идея объединения двух технологий: переработки ОЯТ с изготовлением нового топлива в рамках одного завода позволяет вдвое сократить затраты на рецикл делящихся материалов.
Введение в технологическую схему дополнительной операции для извлечения из ВАО второстепенных актиноидов (Am, Cm) повысит стоимость этого варианта рецикла на 10%.
Дата: 2019-02-25, просмотров: 229.
