Wie funktioniert die Wiederaufbereitung von Kernbrennstoffen?

Soweit ich weiß, werden die erschöpften Brennstoffzellen zerkleinert und in Salpetersäure gelöst.

Was kommt danach? Diese Salpetersäure sollte wahrscheinlich ein sehr breites Spektrum verschiedener Salze enthalten (praktisch alle Elemente zwischen 35 und 65 und dennoch viele Transurane und viel Uran (beide 235 und 238) und Plutonium).

Um eine effiziente Wiederaufbereitung zu erreichen, sollte das Uran (oder zumindest die aktiniden Elemente) irgendwie von dieser Lösung getrennt werden. Aber, AFAIK, sie haben sehr unterschiedliche chemische Eigenschaften. Wie ist es möglich, nur die transuranischen Materialien zu trennen?

Extraktion von Spaltprodukten

Die Trennung von Plutionium und Uran von den anderen Spaltprodukten erfolgt mit dem organischen Molekül Tributylphosphat durch Flüssig-Flüssig-Extraktion . Sie haben zwei Phasen, eine organische und eine wässrige. Die Spaltprodukte lösen sich in der wässrigen Phase und Uran / Plutonium löst sich in der organischen Phase mit dem Tributylphosphat.

Uran / Plutonium-Trennung

Um Uran von Plutonium zu trennen, muss das Plutonium mit Urannitrat reduziert werden. Wieder haben Sie zwei Ströme: einen mit dem Uran / Plutonium von vorher und einen wässrigen Strom mit Urannitrat (U4 +). Plutonium wird reduziert und in der wässrigen Lösung gelöst.

Um die oben genannten chemischen Prozesse durchzuführen, können Sie bei der Flüssig-Flüssig-Extraktion die folgenden Desgins verwenden:

Mixer-Settler

( Quelle )

Impulssäule

( Quelle )

Das Prinzip ist immer: Die organische Phase ist leichter als die wässrige Phase. Beide Phasen werden zuerst getrennt, dann gemischt und dann wieder getrennt. Während des Mischens treten die chemischen Reaktionen auf.

Weitere Informationen finden Sie in der genannten Quelle .

Sie könnten Wikipedia ausprobieren , aber sie stellen fest, dass der Artikel möglicherweise nicht den Qualitätsstandards entspricht. Deshalb werde ich mich als Quelle von dort fernhalten. Die World Nuclear Association scheint ohnehin glaubwürdiger. Ihre Seite diskutiert den Prozess. Zitieren des Abschnitts mit dem Titel "Wiederaufbereitung heute - PUREX" (Schwerpunkt Mine):

Alle kommerziellen Wiederaufbereitungsanlagen verwenden das bewährte hydrometallurgische PUREX-Verfahren (Plutonium-Uran-Extraktion). Dabei werden die Brennelemente in konzentrierter Salpetersäure gelöst. Die chemische Trennung von Uran und Plutonium erfolgt dann durch Lösungsmittelextraktionsschritte (Neptunium - das zur Herstellung von Pu-238 für thermoelektrische Generatoren für Raumfahrzeuge verwendet werden kann - kann bei Bedarf ebenfalls zurückgewonnen werden). Pu und U können auf die Eingangsseite des Brennstoffkreislaufs zurückgeführt werden - das Uran vor der erneuten Anreicherung in die Umwandlungsanlage und das Plutonium direkt in die MOX-Brennstoffherstellung.

$\to$

Weiter unten die WNA-Notizen

Der verbrauchte Brennstoff wird zerkleinert und in heißer konzentrierter Salpetersäure gelöst. Die erste Stufe trennt das Uran und Plutonium im wässrigen Salpetersäurestrom von den Spaltprodukten und geringfügigen Aktiniden durch ein Gegenstrom-Lösungsmittelextraktionsverfahren unter Verwendung von in Kerosin oder Dodecan gelöstem Tributylphosphat. In einer gepulsten Säule treten Uran und Plutonium in die organische Phase ein, während die Spaltprodukte und andere Elemente im wässrigen Raffinat verbleiben.

In einer zweiten gepulsten Säule wird Uran durch Reduktion mit überschüssigem U4 +, das dem wässrigen Strom zugesetzt wird, von Plutonium abgetrennt. Plutonium wird dann in die wässrige Phase überführt, während das Gemisch aus U4 + und U6 + in der organischen Phase verbleibt. Es wird dann mit verdünnter Salpetersäure vom organischen Lösungsmittel abgezogen.

Das Plutoniumnitrat wird durch Verdampfen konzentriert und dann einem Oxalatfällungsprozess unterzogen, gefolgt von einer Kalzinierung, um PuO 2 in Pulverform herzustellen. Das Urannitrat wird durch Verdampfen konzentriert und kalziniert, um UO3 in Pulverform herzustellen. Es wird dann durch Reduktion von Wasserstoff in UO2-Produkt umgewandelt.

$U^{4+}$

Das ist der chemische Teil. Ich konnte nicht viele Informationen über die spezifischen mechanischen Methoden finden (dh die reine Technik, nach der Sie gesucht haben). Tatsächlich deckt das ursprüngliche Patent für PUREX nicht die mechanischen Prozesse ab, was mich zu der Annahme veranlasst, dass der genaue Aufbau variieren kann.

Dieses PDF ist etwas hilfreich. Es heißt, dass die Eingangsmaterialien zuerst zerhackt werden. Perforierte Körbe werden dann verwendet, um diese Maschinerie vom Rest der Lösung zu trennen; Es kann ein "Radauflöser" verwendet werden.

Ich habe einige Informationen, allerdings für eine Nicht-PUREX-Methode. Für die wässrige Wiederaufbereitung (siehe Seite 12) sind Mischersetzer (Mischkammern mit Absetzkammern), Säulen und Zentrifugen die Hauptgeräte.