Пьюрекс-процесс
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Пью́рекс-проце́сс — технологический процесс переработки облучённого ядерного топлива.
Содержание |
[править] Растворение в азотной кислоте
После растворения ТВЭЛов в азотной кислоте исходный раствор, в зависимости от глубины выгорания топлива, содержит 250-300 г/л U, до 3 г/л Pu и до 100 мг/л Np. Исходный раствор фильтруют и направляют на стадию подготовки к экстракции.
[править] Экстракция
[править] Подготовка
На этой стадии из раствора отдувают молекулярный йод (I2), а Pu – переводят, в основном, в состояние Pu+4 для обеспечения нормального разделения элементов в процессе экстракции.
[править] Экстракция №1
В течение первой экстракции (30% раствор ТБФ в керосине) в органическую фазу извлекаются U, Pu, Np, актиниды Am, Cm и ряд осколочных элементов (РЗЭ, Ru, Zr, Nb и др.). Для повышения коэффициента очистки урана и плутония от примесей органическую фазу промывают растворами азотной кислоты и нитрата аммония: при этом U и Pu остаются в органической фазе, а значительная часть осколочных элементов переходит в рафинат.
[править] Реэкстракция
В процессе реэкстракции происходит разделение U и Pu. Аппарат для разделения состоит из двух зон: зоны разделения и зоны отмывания плутония от захваченного урана. В качестве восстановителя при реэкстракции используют соли железа (II) или урана (IV). Полученный реэкстракт Pu+3 содержит значительное количество урана. Отмывка реэкстракта проводится во второй зоне аппарата потоком свежего экстрагента (расход его составляет до 20% от общего объёма органической фазы). В результате остаточная концентрация U в плутониевом реэкстракте обычно не превышает 10-20 мг/л.
[править] Экстракция №2
Задачей второго (а в некоторых схемах и третьего) цикла экстракции является дальнейшая очистка U от продуктов деления и от остаточного плутония (до 10 мг Pu на 1 кг U). Режим второго цикла экстракции – промывки – реэкстракции плутония аналогичен режиму первого цикла. В ходе реэкстракции U дополнительно очищается от осколочных элементов, Np, и следов плутония. В зависимости от конкретной схемы переработки возможна реэкстракция сначала урана, а потом осколочных элементов, и наоборот. Раствор уранилнитрата после второго цикла экстракции, содержащий 80 г/л урана, направляют на упаривание и денитрацию с целью последующего получения диоксида урана.
[править] Аффинаж
После отделения плутония от основной массы урана в первом цикле экстракции, дальнейшая очистка его осуществляется на стадии аффинажа. В результате аффинажной очистки получают концентрированный раствор плутония (до 100 г/л), из которого в дальнейшем получают чистый диоксид плутония.
[править] Упаривание
[править] Денитрация
[править] Общие сведения
Нептуний при данных схемах переработки концентрируется в двух потоках (с ураном и плутонием) и в дальнейшем отделяется на стадии аффинажа.
| Операции | Ru+Rh | Zr+Nb | РЗЭ | Cs | Коэфф. очистки по суммарной γ-активности |
|---|---|---|---|---|---|
| U | 9·107 | 6,5·106 | 2·108 | 5·108 | 7,5·107 |
| Pu | 108 | 6,2·106 | 1010 | 5·1010 | 108 |
| Np | - | - | - | - | 109 |
При глубине выгорания топлива до 30 МВт*сут/кг и сроках охлаждения 2-3 года, активность исходного водного раствора, поступающего на первый цикл экстракции, составляет 100-250 Ки/л. За один цикл экстракции органическая фаза получает дозу облучения ~103 Гр, при этом в ней появляется заметное количество продуктов радиолиза (до 150 мг/л ДБФ и др.). Чтобы эффективность экстракционной переработки не ухудшалась, органическую фазу промывают раствором щелочи или соды (20% раствор Na2CO3).
