Способ переработки металлического сплава плутония в смешанное оксидное уран-плутониевое топливо

 

Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано при конверсии оружейного плутония. Сущность изобретения: для переработки металлического сплава плутония в смешанное оксидное уран-плутониевое топливо растворяют компоненты сплава в расплаве смеси хлоридов щелочных металлов и уранила при барботаже расплава хлором и перемешивании расплава со скоростью 0,8-10 см/с, осаждают смешанные оксиды методом электролиза расплава и отделяют соли от гранулята смешанных оксидов урана и плутония. Преимуществом заявленного изобретения является увеличение скорости растворения сплава. 1 табл.

Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано при конверсии оружейного плутония в МОКС - топливо.

Известен способ переработки металлического сплава плутония в смешанное оксидное уран-плутониевое (МОКС)-топливо /Porodnov P. Т., Qsipenko A.G., Skiba O. V. et al. A pyrochemical procedure for the conversion of military origin metallic plutonium into MOX fuel. // Proceeding of international conference on evaluation of emerging nuclear fuel cycle systems. Global 95, September 11-14, 1995, Versailles, France, p. 1346-1351/, включающий операции растворения компонентов сплава в расплаве смеси хлоридов щелочных металлов и уранила при барботаже расплава хлором; осаждения смешанных оксидов электролизом расплава и отделения солей от гранулята смешанных оксидов урана и плутония.

Недостатком этого способа является то, что при его осуществлении скорость растворения сплава очень низка, что приводит к усиленному износу оборудования.

Задачей настоящего изобретения является увеличение скорости растворения сплава.

Она достигается тем, что по способу переработки металлического сплава плутония в МОКС топливо, включающему растворение компонентов топлива, осаждение электролизом и отделение солей от гранулята, растворение ведут при перемешивании расплава со скоростью от 0,8 до 10 см/с. При этом скорость растворения сплава увеличивается.

При растворении сплава в расплаве смеси хлоридов щелочных металлов и уранила при барботаже расплава хлором происходят следующие реакции: 3UO2Cl2+2Pu(тв.)=3UO2(тв.)+2PuCl3 (1) UO2(тв.)+2Cl2(газ)=UO2Cl2 (2) UO2Cl2+2С(конструкционный)+Cl2(газ)=UCl4+2CO2(газ) (3) Pu3++Cl2(газ)=PuCl4 (4) 3PuCl4+Ga(тв.)=3PuCl3+GaCl3 (5) В результате реакции (1) сплав покрывается слоем диоксида урана и дальнейшая скорость растворения сплава определяется скоростью реакций (2) и (3), причем диоксид урана представляет собой компактный осадок.

При перемешивании расплава осадок диоксида урана удаляется в объем расплава в виде порошка с большой величиной площади поверхности и поверхность сплава не пассивируется. Таким образом, одновременно идут реакции (1) - (5), что увеличивает скорость растворения сплава.

При этом перемешивание необходимо вести со скоростью от 0,8 до 10 см/с. Это связано с тем, что при перемешивании расплава со скоростью до 0,8 см/с поверхность сплава зарастает осадком диоксида урана и скорость растворения сплава снижается. При скорости перемешивания более 10 см/с часть поверхности сплава оказывается не покрытой расплавом, что приводит к возгоранию сплава при непосредственном контакте с газообразным хлором и выбросу хлоридов плутония в ловушку возгонов. При этом возрастают потери плутония.

Таким образом, для увеличения скорости растворения сплава проводят перемешивание расплава со скоростью от 0,8 до 10 см/с.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Провели 5 экспериментов по переработке плутоний-галлиевого сплава. Использовали хлоратор - электолизер /Skiba O.V., Savochkin. Yu, P., Porodnov P. T. et al. Technology of pyrochemical reprocessing and production of nuclear fuel// Proceedings of international conference on future nuclear systems: emerging fuel cycles and waste disposal options. Global 93, September 12-17, 1993, Seattle, USA, p.1344-1350/ с устройствами для подачи хлора, перемешивания расплава-загрузки сплава, электроосаждения, измерения температуры, потенциала катода, конденсации летучих хлоридов, отбора проб расплава. Масса загрузки солей в пирографитовый тигель составляла 90 кг. Плутониевый сплав (5,4 кг) загружали в хлоратор - электролизер после плавления солей и достижения рабочей температуры 720oC. Начальная концентрация урана в расплаве составляла 20%. Растворение сплава проводили барботажем хлора через расплав и с/без перемешивания расплава в устройстве перемешивания расплава-загрузки сплава. Солевые пробы передавали на радиометрический анализ по Pu.

Параметры и результаты даны в таблице. Результаты, приведенные в таблице, показывают, что увеличение скорости растворения сплава происходит при использовании изобретения.

Формула изобретения

Способ переработки металлического сплава плутония в смешанное оксидное уран-плутониевое топливо, включающий операции растворения компонентов сплава в расплаве смеси хлоридов щелочных металлов и уранила при барботаже расплава хлором, осаждения смешанных оксидов электролизом расплава и отделения солей от гранулята смешанных оксидов урана и плутония, отличающийся тем, что растворение ведут при перемешивании расплава со скоростью 0,8 - 10 см/с.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано при конверсии оружейного плутония в МОКС-топливо

Изобретение относится к радиохимическому производству и может найти применение на предприятиях переработки отработанных фильтров от газоочистных систем производства топливных таблеток UO2 и др

Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано для переработки отработанных отходов ядерного топлива, содержащих преимущественно цезий и стронций
Изобретение относится к области обработки материалов с радиоактивным заражением и предназначено для дезактивации твердых негорючих поверхностей

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано для дезактивации загрязненных радионуклидами металлических поверхностей оборудования атомных энергетических установок
Изобретение относится к области металлургии, а именно к пирометаллургической переработке отходов: металлических и твердых смешанных радиоактивных отходов, а также облученных тепловыделяющих элементов и тепловыделяющих сборок, содержащих отработавшее топливо ядерных реакторов

Изобретение относится к очистке природных и техногенных материалов, загрязненных радиоактивными и токсичными веществами
Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано для дезактивации загрязненных радионуклидами металлических поверхностей оборудования атомных энергетических установок
Изобретение относится к области атомной энергетики и атомной промышленности и направлено на повышение экологичности и технологичности обращения с делящимися материалами и продуктами деления
Изобретение относится к охране окружающей среды и предназначено для переработки твердых радиоактивных отходов путем их фиксации в устойчивой твердой среде

Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано для изготовления твэлов водо-водяных реакторов
Изобретение относится к изготовлению и использованию смеси изотопов урана, то есть ядерного топлива для ядерных реакторов атомных электростанций

Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано для изготовления твэлов ядерных энергетических реакторов, в том числе для водо-водяных реакторов
Изобретение относится к области атомной техники

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к конструкции топливного элемента исследовательского ядерного реактора

Изобретение относится к области атомной техники и может быть использовано в производстве твэлов ядерных реакторов, преимущественно водо-водяных
Изобретение относится к ядерной технике, а именно к технологии изготовления таблеток ядерного топлива из порошков окислов ядерных делящихся материалов, в частности к изготовлению таблеток с регулируемой микроструктурой
Изобретение относится к области технологии получения ядерного топлива на основе диоксида урана, имеющего повышенную плотность и увеличенное содержание делящегося материала
Изобретение относится к области ядерных технологий, в частности к топливу АЭС на тепловых нейтронах. Топливная композиция для водоохлаждаемых реакторов АЭС на тепловых нейтронах включает смесь регенерированного плутония и обогащенного урана в виде оксидов, при этом в качестве обогащенного урана используется обогащенный регенерированный уран, при соотношении компонентов, определяемом энергетическим потенциалом, равным потенциалу свежеприготовленного топлива АЭС из обогащенного природного урана, обеспечивающим 100% загрузку активной зоны реактора. Изобретение позволяет полностью и одновременно утилизировать регенерированные уран и плутоний, выделенные из отработанного ядерного топлива. 5 з.п. ф-лы, 4 пр.

Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано при конверсии оружейного плутония

Наверх