Способ переработки оружейного плутония

 

Изобретение относится к способам переработки оружейного плутония, в том числе содержащего добавку галлия. Техническим результатом является его утилизация в качестве топлива энергетических реакторов. Способ включает вакуумный переплав плутония с отгонкой и конденсацией примесей. В процессе переплава поверхность расплава обрабатывают электронным лучом с плотностью тока в луче 2,5 - 10,2 мА/см² при ускоряющем напряжении 14,8 - 35,5 кВ, поддерживая температуру в поверхностном слое на глубину проникновения электронов луча в расплав 1300 - 1700^oC. 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к способам переработки оружейного плутония с целью последующей его утилизации в качестве топлива энергетических реакторов.

Оружейный плутоний, подлежащий переработке, может содержать кроме америция добавку галлия.

Известен способ переработки плутония, включающий его очистку от радиоактивных элементов - осколков деления - методом ликвации [1].

Способ включает переведение плутония в расплав, выдерживание расплава при 600^o в атмосфере гелия и фильтрование расплава. Отфильтрованный металл собирался в тигле-приемнике и охлаждался до комнатной температуры. Как показано в работе [1], плутоний может быть очищен этим методом от циркония, ниобия, молибдена и лантана, которые концентрируются в твердых фазах.

Известен способ вакуумного рафинирования плутония путем вакуумного переплава, выбранный за прототип [2].

Способ включает переведение плутония в расплав и выдерживание расплава при высокой температуре в вакууме, при этом происходит испарение примесей из расплавленного плутония.

В литейной практике рафинирование этим способом проводят в вакуумных индукционных печах.

Как показано в работе [2], при вакуумном рафинировании плутония в индукционной печи из плутония полностью испаряются натрий, магний, литий и кальций (за 1 час, со свободной поверхности жидкого плутония 100 см² при температуре 1000^oC), более или менее значительно удаляется марганец, а очистки от других элементов - алюминия, бериллия, бора или кремния - практически не происходит. Известные способы не позволяют обеспечить предъявляемую к топливному материалу степень чистоты.

Задачей изобретения является разработка способа переработки оружейного плутония.

Поставленную задачу решают тем, что в способе переработки оружейного плутония, включающем вакуумный переплав плутония с отгонкой и конденсацией примесей, в процессе переплава поверхность расплава обрабатывают электронным лучом с плотностью тока в луче 2,5 - 10,2 мА/см² при ускоряющем напряжении 14,8-35,5 кВ, поддерживая температуру в поверхностном слое на глубину проникновения электронов луча в расплав 1300-1700^oC.

На чертеже представлено устройство для переработки оружейного плутония.

Способ осуществляют следующим образом.

Оружейный плутоний перерабатывают в герметичной вакуумной камере с соблюдением требований ядерной безопасности.

Устройство для переработки включает электронную пушку 1, тигель 2, установленный на специальном поддоне внутри цилиндрического водоохлаждаемого конденсационного элемента 3, поверхность конденсации которого плакирована алюминиевой или медной фольгой, и зеркало 4 для наблюдения за месторасположением луча 5 электронной пушки на поверхности расплава 6 (см. чертеж).

Тигель с навеской оружейного плутония в виде слитка, стружки, мелких деталей и т.п. устанавливают на поддон внутри конденсационного элемента.

Камеру вакуумируют до остаточного давления в ней 5·10^-5 мм рт.ст., в течение процесса остаточное давление поддерживают равным (3-6)·10^-5 мм рт. ст.

Расплавляют содержимое тигля.

Обрабатывают поверхность расплава электронным лучом с плотностью тока в луче 2,5-10,2 мА/см² при ускоряющем напряжении 14,8-35,5 кВ, поддерживая температуру в поверхностном слое на глубину проникновения электронов луча в расплав 1300-1700^oC.

Обработкой поверхности расплава электронным лучом в заявляемых условиях обеспечивают отгонку из расплава примесей - америция или америция и галлия (при переработке плутония с добавкой галлия), при этом частично отгоняется также и плутоний.

Испаренные металлы конденсируют на внутренней (плакированной фольгой) поверхности конденсационного элемента.

Процесс обработки ведут в течение времени, необходимого для достижения требуемой степени очистки массы плутония, загруженного в тигель.

По окончании процесса тигель с очищенным плутонием охлаждают, и металл извлекают из тигля; конденсат удаляют с поверхности конденсационного элемента.

Конденсаты направляют на дальнейшую переработку с целью получения дополнительных продуктов - очищенных от плутония америция и галлия.

В табл. 1 представлены условия проведения опытов, а в табл. 2 - полученные результаты.

Переработанный заявляемым способом плутоний по содержанию примесей удовлетворяет требованиям, предъявляемым к конечному продукту переработки оружейного плутония.

Источники информации 1. Муллинс Л., Лири Дж., Джонсон К. Удаление элементов - продуктов деления из плутония методом ликвации. - В кн.: Металлургия и металловедение плутония и его сплавов. -М.: Госатомиздат, 1962, с.94-101.

2. Вейденбаум Б. Способы очистки плутония на операциях превращения нитрата в металлические изделия. - В кн.: Плутоний. -М.: Атомиздат, 1964, с. 134-140 (прототип).

Формула изобретения

Способ переработки оружейного плутония, включающий вакуумный переплав плутония с отгонкой и конденсацией примесей, отличающийся тем, что в процессе переплава поверхность расплава обрабатывают электронным лучом с плотностью тока в луче 2,5 - 10,2 мА/см² при ускоряющем напряжении 14,8 - 35,5 кВ, поддерживая температуру в поверхностном слое на глубину проникновения электронов луча в расплав 1300 - 1700^oC.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4