Как работает переработка ядерного топлива?

Насколько я знаю, обедненные топливные элементы измельчаются и растворяются в азотной кислоте.

Что будет после этого? Эта азотная кислота, вероятно, должна содержать очень широкий спектр различных солей (практически все элементы между 35-65, и все же много трансуранов, и много урана (оба из 235 по 238) и плутоний).

Чтобы достичь эффективной переработки, уран (или, по крайней мере, актинидные элементы) должен быть каким-то образом отделен от этого раствора. Но, AFAIK, у них очень разные химические свойства. Как можно отделить только трансурановые материалы?

Добыча продуктов деления

Отделение плутония и урана от других продуктов деления осуществляется с помощью трибутилфосфата органической молекулы путем экстракции жидкость-жидкость . У вас есть две фазы, одна органическая и одна водная. Продукты деления растворяются в водной фазе, а уран / плутоний растворяется в органической фазе с трибутилфосфатом.

Разделение урана и плутония

Чтобы отделить уран от плутония, необходимо восстановить плутоний нитратом урана. Опять же, у вас есть два потока: один с ураном / плутонием из предыдущего и один водный поток с нитратом урана (U4 +). Плутоний будет восстановлен и растворен в водном растворе.

Для осуществления вышеупомянутых химических процессов жидкостно-жидкостной экстракции можно использовать следующие конструкции:

Смеситель-отстойник

( источник )

Импульсная колонна

( источник )

Принцип всегда: органическая фаза легче водной фазы. Обе фазы сначала разделяются, затем смешиваются, а затем снова разделяются. Во время смешивания происходят химические реакции.

Пожалуйста, обратитесь к указанному источнику для получения дополнительной информации.

Вы можете попробовать Википедию , но они отмечают, что статья может не соответствовать там стандартам качества, поэтому я буду держаться оттуда подальше от источника. В любом случае, Всемирная ядерная ассоциация выглядит более заслуживающей доверия. На их странице обсуждается процесс. Цитирую раздел «Переработка сегодня - PUREX» (выделено мной):

Все коммерческие перерабатывающие заводы используют хорошо зарекомендовавший себя гидрометаллургический процесс PUREX (извлечение плутония и урана). Это включает растворение топливных элементов в концентрированной азотной кислоте. С hemical разделение уран и плутоний затем предприняты шаги жидкостной экстракции (нептуния - которые могут быть использованы для получения Pu-238 для термоэлектрических генераторов для космических кораблей - также могут быть восстановлены , если это необходимо). Pu и U могут быть возвращены на входную сторону топливного цикла - уран на конверсионную установку до повторного обогащения, а плутоний - прямо к производству МОКС-топлива.

Блок текста связному резюме: Используются химические растворители.$\to$

Далее, примечания WNA

Использованное топливо измельчают и растворяют в горячей концентрированной азотной кислоте. Первая стадия отделяет уран и плутоний в водном потоке азотной кислоты от продуктов деления и второстепенных актинидов с помощью процесса экстракции противотоком растворителя с использованием трибутилфосфата, растворенного в керосине или додекане. В импульсной колонне уран и плутоний попадают в органическую фазу, а продукты деления и другие элементы остаются в водном рафинате.

Во второй импульсной колонне уран отделяют от плутония восстановлением избытком U4 +, добавляемым в водный поток. Плутоний затем переносится в водную фазу, в то время как смесь U4 + и U6 + остается в органической фазе. Затем его удаляют из органического растворителя разбавленной азотной кислотой.

Нитрат плутония концентрируют выпариванием, затем подвергают оксалатному осаждению с последующим прокаливанием для получения PuO2 в форме порошка. Нитрат урана концентрируют выпариванием и прокаливают для получения UO3 в виде порошка. Затем он превращается в продукт UO2 путем восстановления водорода.

Важные соединения: трибутилфосфат, керосин и додекан и водный аффинат используются в качестве растворителей после азотной кислоты. Затем происходит реакция с , и уран и плутоний разделяются.$U^{4+}$

Это химическая часть. Я не смог найти много информации о конкретных механических методах (то есть о чистой технике, которую вы искали). Фактически, оригинальный патент на PUREX не распространяется на механические процессы, что наводит меня на мысль, что точная установка может варьироваться.

Этот PDF несколько полезен. Это говорит о том, что исходные материалы сначала измельчаются. Затем используются перфорированные корзины для отделения этого оборудования от остальной части раствора; можно использовать «колесный диссольвер».

У меня есть некоторая информация, хотя и не для метода PUREX. Для переработки в воде (см. Стр. 12) основными элементами оборудования являются смесители-отстойники (смесительные камеры с отстойными камерами), колонны и центрифуги.