Як працює переробка ядерного палива?

Наскільки мені відомо, збіднені паливні елементи подрібнюються і розчиняються в азотній кислоті.

Що буде після цього? Ця азотна кислота, ймовірно, повинна містити дуже широкий спектр різних солей (практично, всі елементи між 35-65, а ще багато трансуранів, і багато урану (обидва з 235 до 238) та плутонію).

Щоб досягти ефективної переробки, уран (або, принаймні, актинідні елементи) слід якось відокремити від цього розчину. Але, AFAIK, вони мають дуже різні хімічні властивості. Як можна відокремити лише трансуранічні матеріали?

Видобуток продуктів поділу

Відокремлення плютіонію та урану від інших продуктів поділу проводиться трибутилфосфатом органічної молекули шляхом екстракції рідина-рідина . Ви маєте дві фази, одну органічну та одну водну. Продукти поділу розчинитимуться у водній фазі, а уран / плутоній розчиниться в органічній фазі з трибутилфосфатом.

Поділ урану / плутонію

Щоб відокремити уран від плутонію, ви повинні зменшити плутоній з урановою селітрою. Знову ж таки, у вас є два потоки: один з ураном / плутонієм раніше і один водний потік з нітратом урану (U4 +). Плутоній буде знижений і розчинений у водному розчині.

Для здійснення вищезазначених хімічних процесів для вилучення рідини-рідини можна використовувати наступні етапи:

Міксер-сетлер

( джерело )

Пульсовий стовпчик

( джерело )

Принцип завжди: Органічна фаза легша, ніж водна фаза. Обидві фази спочатку розділяються, ніж змішуються, а потім знову відокремлюються. Під час перемішування відбуваються хімічні реакції.

Будь ласка, дивіться згадане джерело для отримання додаткової інформації.

Ви можете спробувати Вікіпедію , але вони зазначають, що стаття може не відповідати там стандартам якості, тож я буду триматися подалі від неї як джерело. Все-таки Світова ядерна асоціація здається більш надійною. На їхній сторінці обговорюється процес. Цитуючи розділ під назвою "Переробка сьогодні - PUREX" (наголос мій):

Усі комерційні переробні заводи використовують добре перевірений гідрометалургійний процес PUREX (вилучення плутонію з урану). Це передбачає розчинення паливних елементів у концентрованій азотній кислоті. З hemical поділ уран і плутоній потім зроблені кроки рідинної екстракції (нептунію - які можуть бути використані для отримання Pu-238 для термоелектричних генераторів для космічних кораблів - також можуть бути відновлені , якщо це необхідно). Pu і U можуть бути повернені на вхідну частину паливного циклу - уран до конверсійної установки до повторного збагачення, а плутоній прямо до виготовлення палива MOX.

Блок тексту стислого резюме: Використовуються хімічні розчинники.$\to$

Далі нижче, WNA зазначає

Використовуване паливо подрібнюють і розчиняють у гарячій концентрованій азотній кислоті. Перша стадія відокремлює урану та плутонію у водному потоці азотної кислоти від продуктів поділу та незначних актинідів методом екстрагування розчинника проти поточного потоку, використовуючи розчинений у гасі або додекані трибутилфосфат. У імпульсному стовпчику уран і плутоній вступають в органічну фазу, тоді як продукти поділу та інші елементи залишаються у водному рафінаті.

У другому імпульсному стовпчику уран відокремлюють від плутонію шляхом відновлення з надлишком U4 +, доданого до водного потоку. Потім плутоній переноситься у водну фазу, тоді як суміш U4 + та U6 + залишається в органічній фазі. Потім його видаляють з органічного розчинника з розведеною азотною кислотою.

Нітрат плутонію концентрують випарюванням, потім піддають процесу осадження оксалату з подальшим прожарюванням з отриманням PuO2 у вигляді порошку. Нітрат урану концентрують випарюванням і прожарюють з отриманням UO3 у вигляді порошку. Потім він перетворюється на продукт UO2 шляхом відновлення водню.

Важливі сполуки: трибутилфосфат, гас і додекан, водний афінат використовують як розчинники після азотної кислоти. Потім відбувається реакція з , і уран і плутоній відокремлюються.$U^{4+}$

Це хімічна частина. Мені не вдалося знайти багато інформації про конкретні механічні методи (тобто про чисту техніку, яку ви шукали). Насправді оригінальний патент на PUREX не охоплює механічних процесів, що змушує мене вважати, що точні настройки можуть відрізнятися.

Цей PDF-файл дещо корисний. Там сказано, що вхідні матеріали спочатку рубають. Перфоровані кошики потім використовуються для відділення цієї машини від решти розчину; може використовуватися "колісний розчинник".

У мене є якась інформація, хоча і для методу, який не є PUREX. Для переробки води (перейдіть на сторінку 12) основні елементи обладнання - відстійники (змішувальні камери з відстійними камерами), колони та центрифуги.