Переработка отработавшего ядерного топлива для извлечения плутония и урана.
PUREX
Переработка отработанного ядерного топлива PUREX: извлечение плутония и урана. Химический метод очистки для реакторов и оружия, основанный на экстракции.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Процесс переработки отработавшего ядерного топлива для извлечения плутония и урана.
Spent fuel reprocessing process for plutonium and uranium recovery
PUREX (экстракция урана с редукцией плутония) – это химический метод, используемый для очистки топлива для ядерных реакторов или ядерного оружия. PUREX является де-факто стандартным методом водной ядерной переработки для извлечения урана и плутония из отработавшего ядерного топлива (ОЯТ, или облученного ядерного топлива). Он основан на жидкостно-жидкостной экстракции и ионном обмене. PUREX применяется к отработавшему ядерному топливу, которое состоит преимущественно из элементов с очень высокой атомной массой (актиноидов или "актинидов") (например, урана, плутония, америция) наряду с меньшим количеством материала, состоящего из более легких атомов, в частности, продуктов деления, образующихся в процессе работы реактора. Актиноиды в данном случае состоят главным образом из нерасходованных остатков исходного топлива (обычно U-235, U-238 и/или Pu-239).
PUREX (plutonium uranium reduction extraction) is a chemical method used to purify fuel for nuclear reactors or nuclear weapons. PUREX is the de facto standard aqueous nuclear reprocessing method for the recovery of uranium and plutonium from used nuclear fuel (spent nuclear fuel, or irradiated nuclear fuel). It is based on liquid–liquid extraction ion exchange. PUREX is applied to spent nuclear fuel, which consists primarily of very high atomic weight (actinoid or "actinide") elements (e. g. uranium, plutonium, americium) along with smaller amounts of material composed of lighter atoms, notably the fission products produced by reactor operation. The actinoid elements in this case consist primarily of the unconsumed remains of the original fuel (typically U 235, U 238, and/or Pu 239).
Химический процесс
Сначала топливо растворяют в азотной кислоте с концентрацией около 7 М. Твердые вещества удаляют фильтрацией, чтобы избежать образования эмульсий, известных как "третья фаза" в сообществе специалистов по экстракции растворителями. Органический растворитель состоит из 30% трибутилфосфата (TBP) в углеводороде, таком как керосин. Ионы уранила(VI) UO22+ извлекаются в органическую фазу в виде комплексов UO2(NO3)2·2TBP, а плутоний – в виде аналогичных комплексов. Более тяжелые актиниды, в основном америций и курий, и продукты деления остаются в водной фазе. Изучена природа комплексов уранилнитратов с триалкилфосфатами. Плутоний отделяют от урана путем обработки керосинового раствора TBP восстановителями для перевода плутония в трехвалентное состояние (+3), которое переходит в водную фазу. Типичными восстановителями являются N,N-диэтилгидроксиламин, сульфамат железа и гидразин. Затем уран извлекают из керосинового раствора обратной экстракцией в азотную кислоту с концентрацией около 0,2 М.
The fuel is first dissolved in nitric acid at a concentration around 7 M. Solids are removed by filtration to avoid the formation of emulsions, referred to as third phases in the solvent extraction community. The organic solvent consists of 30% tributyl phosphate (TBP) in a hydrocarbon such as kerosene. Uranyl(VI) UO22+ ions are extracted in the organic phase as UO2(NO3)2·2TBP complexes; plutonium is extracted as similar complexes. The heavier actinides, primarily americium and curium, and the fission products remain in the aqueous phase. The nature of uranyl nitrate complexes with trialkyl phosphates has been characterized. Plutonium is separated from uranium by treating the TBP kerosene solution with reducing agents to convert the plutonium to its +3 oxidation state, which will pass into the aqueous phase. Typical reducing agents include N,N diethyl hydroxylamine, ferrous sulphamate, and hydrazine. Uranium is then stripped from the kerosene solution by back extraction into nitric acid at a concentration around 0.2 M.
Загрязнение
Завод PUREX на территории Ханфорда был ответственен за производство "огромных объемов жидких отходов", что привело к радиоактивному загрязнению грунтовых вод. Измерения Greenpeace в Ла-Аге и Селлафилде показали, что радиоактивные загрязнители непрерывно поступают в море и воздух. Следовательно, люди, проживающие вблизи этих предприятий по переработке, подвергаются воздействию уровней радиации, превышающих естественный фоновый уровень. По данным Greenpeace, это дополнительное облучение невелико, но не является незначительным.
The PUREX plant at the Hanford Site was responsible for producing 'copious volumes of liquid wastes', resulting in the radioactive contamination of groundwater. Greenpeace measurements in La Hague and Sellafield indicated that radioactive pollutants are steadily released into the sea, and the air. Therefore, people living near these processing plants are exposed to higher radiation levels than the naturally occurring background radiation. According to Greenpeace, this additional radiation is small but not negligible.
История
Процесс PUREX был изобретен Гербертом Х. Андерсоном и Ларнедом Б. Аспреем в Металлургической лаборатории Чикагского университета в рамках Манхэттенского проекта под руководством Гленна Т. Сиборга; в их патенте "Процесс экстракции растворителем для плутония", поданном в 1947 году, трибутилфосфат указан как основной реагент, обеспечивающий основную часть химической экстракции.
The PUREX process was invented by Herbert H. Anderson and Larned B. Asprey at the Metallurgical Laboratory at the University of Chicago, as part of the Manhattan Project under Glenn T. Seaborg; their patent "Solvent Extraction Process for Plutonium" filed in 1947, mentions tributyl phosphate as the major reactant which accomplishes the bulk of the chemical extraction.