Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.
Скачать (прямая ссылка):
ЛИТЕРАТУРА
Cleveland, J. М. 1979. The Chemistry of
Plutonium. La Grange Park, IL: American Nuclear Society.
Katz, J. J., G. T. Seaborg, and L. R. Morss, eds. 1986. The Chemistry of the Actinide Elements. Vol. I and II, London: Chapman and Hall.
Los Alamos Science Number 26 2000
Видение переработки плутония, безопасной для окружающей среды
Перегонка солей
Э. Гарсиа, В. Р. Доул, Дж. А. Мак-Нис, У. Дж. Григо
Разделение вакуумной перегонкой основано на большой разнице давлений между парами хлоридных солей и оксидов актиноидов. Загрязненные соли нагревают в печи при высоком вакууме. Соли испаряются и выходят из печи, а нелетучие соединения плутония остаются. Соль выделяют, направляя пар на холодную пластину, на которой он конденсируется.
Поскольку давление пара различных остаточных компонентов известно, можно вычислить скорость осаждения и концентрацию оставшегося плутония в подвергшихся перегонке солях. В табл. I приведены результаты для процесса перегонки, выполненной при 850 0C. Измеренные скорости осаждения оказались меньше соответствующих расчетных значений - иногда на порядки. Тем не менее эксперименты показали, что ниже 900 0C все хлоридные соли, за исключением хлорида кальция, могут перегоняться достаточно полно и с приемлемыми скоростями. Из 2-го столбца таблицы видно, что наилучшее разделение может быть между диоксидом плутония и хлоридными солями. Если в системе присутствует трихлорид плутония PuCI3, эффективного разделения получено не будет. Ho остаточные соли можно предварительно переработать окислительным процессом, при котором все формы плутония преобразуются в диоксид плутония, и проблема разделения будет решена.
Расчетные концентрации плутония в подвергшихся перегонке солях (столбец 3) представляют нижние теоретические пределы. На практике установлено, что уровни загрязнения плутонием солей, подвергшихся перегонке, определяются загрязнением в перчаточном боксе, в котором выполнялся этот процесс. Уровни загрязнения продукта - порядка нескольких частей на миллион (ppm).
Таблица I. Расчетные скорости осаждения и концентрации плутония в дистилляте для компонентов остатков солей при 850°С
гпо о о Логарифм давления Расчетная скорость осаж- Расчетная концентрация дин ни пара (ТОрр) дения (гч~1 ¦ 100 см2) Pu (ppm)
NaCI -0,063 4100 5,5-10-10
KCI 0,23 9100 2,4-10-10
MgCI2 0,27 11000 1,9-10-10
CaCI2 -2,9 9 2,4-10-7
Pu -8 1 ¦ 10-3'7
PuO2 -15,7 1 ¦ 1(Г12
PuCI3 -1,8 178
PuOCI -8 1 ¦ 10-3'7
В процессе перегонки соли остаточный плутоний выделяется из пирохимических остатков хлоридной соли. На фотографии показаны продукты, полученные в результате испытания. Рядом с поддоном, в котором содержится небольшой объем нелетучих актиноидов, находится большой объем дистиллята хлоридной соли, которую можно направить на повторный цикл. Уменьшение объема трансурановых отходов составляет более 95%
Number 26 2000 Los Alamos Science
451
Видение переработки плутония, безопасной для окружающей среды
Гидротермальная переработка
JI. А. Уол, С. Дж. Бюлов, Д. Д. Падилла
Органическая смесь
Окислитель
Реактор
Реактор внутри
перчаточного
бокса
Тепло-
обменник
Ч _ На фильтрацию
полимеров
В результате гидротермальной переработки произойдет разложение загрязненных плутонием органических отходов, содержащихся в бутыли, на простые органические продукты, такие как CO2 и вода. Нерастворимый содержащий актиноиды материал удаляется фильтрацией, а актиноиды в растворе - фильтрацией полимеров
Гидротермальная переработка (реакции в горячей воде) позволяет разрушать радиоактивные горючие отходы и является ценной альтернативой прокаливанию и дорогостоящему хранению. При гидротермальной переработке водно-органических смесей, чистых органических жидкостей и загрязненных горючих твердых материалов, таких как ионообменные смолы, пластмассы и тряпье, разрушается более 99,9% органических и нитратных компонентов и облегчается сбор и выделение актиноидов. Объем трансурановых и смешанных отходов может сократиться в 10O раз. Фактическое уменьшение объема зависит от вида разрушаемых отходов.
На рисунке показана схема лабораторного технологического блока. Горючие отходы смешаны с окислителем (кислородом, воздухом или перекисью водорода) в воде при давлении и температуре выше критической точки воды (374 0C и 22,1 МПа). При этих условиях вода является жидкостью с плотностью, достаточно высокой, чтобы была приемлемой производительность процесса, но со свойствами переноса, присущими газу, чтобы могли быстро протекать химические реакции. Сверхкритическая вода является уникальной средой-растворителем, в которой может происходить растворение при более низких температурах, чем температуры прокаливания, благодаря чему ограничивается образование NOx и золы. Органические компоненты практически полностью окисляются с образованием диоксида углерода и воды путем реакции с сверхкритической водой и окислителем. Компоненты, содержащие хлор, серу и фосфор, окисляются и превращаются в кислоты или соли, в зависимости от окончательного значения pH полученного раствора. При температурах выше 500 0C реакции протекают быстро и за несколько секунд превращение составляет более 99%.
