Come funziona il ritrattamento del combustibile nucleare?

Per quanto ne so, le celle a combustibile esaurite vengono frantumate e risolte in acido nitrico.

Cosa sta succedendo dopo? Questo acido nitrico dovrebbe probabilmente contenere uno spettro molto ampio di sali diversi (praticamente tutti gli elementi tra 35-65, eppure molti transurani e molto uranio (entrambi da 235 a 238) e plutonio).

Per raggiungere un ritrattamento efficiente, l'uranio (o, almeno, gli elementi attinidi) dovrebbe essere in qualche modo separato da questa soluzione. Ma, AFAIK, hanno proprietà chimiche molto diverse. Come è possibile separare solo i materiali transuranici?

Estrazione di prodotti di fissione

La separazione di plutionium e uranio dagli altri prodotti di fissione viene effettuata con la molecola organica tributilfosfato mediante estrazione liquido-liquido . Hai due fasi, una organica e una acquosa. I prodotti di fissione si risolveranno nella fase acquosa e l'uranio / plutonio si risolverà nella fase organica con il tributilfosfato.

Separazione uranio / plutonio

Per separare l'uranio dal plutonio è necessario ridurre il plutonio con nitrato di uranio. Ancora una volta, hai due flussi: uno con l'uranio / plutonio di prima e un flusso acquoso con nitrato di uranio (U4 +). Il plutonio verrà ridotto e risolto nella soluzione acquosa.

Per realizzare i suddetti processi chimici, l'estrazione liquido-liquido è possibile utilizzare i seguenti desgins:

Mixer-coloni

( fonte )

Colonna Pulse

( fonte )

Il principio è sempre: la fase organica è più leggera della fase acquosa. Entrambe le fasi vengono prima separate, poi miscelate, e quindi nuovamente separate. Durante la miscelazione si verificano reazioni chimiche.

Per ulteriori informazioni, consultare la fonte citata .

Potresti provare Wikipedia , ma notano che l'articolo potrebbe non soddisfare gli standard di qualità, quindi starò lontano da lì come fonte. La World Nuclear Association sembra comunque più credibile. La loro pagina discute il processo. Citando la sezione intitolata "Ricondizionamento oggi - PUREX" (sottolineatura mia):

Tutti gli impianti di ritrattamento commerciali utilizzano il collaudato processo PUREX (estrazione dell'uranio plutonio) idrometallurgico. Ciò comporta la dissoluzione degli elementi di combustibile in acido nitrico concentrato. C ad agenti chimici separazione di uranio e plutonio viene poi effettuata da passaggi solvente di estrazione (nettunio - che possono essere utilizzati per la produzione di Pu-238 per termo-elettrici generatori per veicoli spaziali - possono essere recuperati anche se richiesto). Pu e U possono essere riportati sul lato di ingresso del ciclo del combustibile: l'uranio nell'impianto di conversione prima del ri-arricchimento e il plutonio direttamente nella fabbricazione del combustibile MOX.

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Più sotto, le note WNA

Il combustibile usato viene tritato e sciolto in acido nitrico concentrato caldo. Il primo stadio separa l'uranio e il plutonio nel flusso di acido nitrico acquoso dai prodotti di fissione e dagli attinidi minori mediante un processo di estrazione con solvente in controcorrente, usando tributilfosfato disciolto in cherosene o dodecano. In una colonna pulsata l'uranio e il plutonio entrano nella fase organica mentre i prodotti di fissione e altri elementi rimangono nel raffinato acquoso.

In una seconda colonna pulsata l'uranio viene separato dal plutonio per riduzione con l'eccesso di U4 + aggiunto al flusso acquoso. Il plutonio viene quindi trasferito nella fase acquosa mentre la miscela di U4 + e U6 + rimane nella fase organica. Viene quindi rimosso dal solvente organico con acido nitrico diluito.

Il nitrato di plutonio viene concentrato per evaporazione, quindi soggetto a un processo di precipitazione di ossalato seguito da calcinazione per produrre PuO2 in polvere. Il nitrato di uranio viene concentrato per evaporazione e calcinato per produrre UO3 in polvere. Viene quindi convertito in prodotto UO2 mediante riduzione dell'idrogeno.

$U^{4+}$

Questa è la parte chimica. Non sono stato in grado di trovare molte informazioni sui metodi meccanici specifici (vale a dire l'ingegneria pura che stavi cercando). In effetti, il brevetto originale per PUREX non copre i processi meccanici, il che mi fa pensare che la configurazione esatta possa variare.

Questo pdf è in qualche modo utile. Dice che i materiali di input vengono prima tagliati. I cestini perforati vengono quindi utilizzati per separare questo macchinario dal resto della soluzione; è possibile utilizzare un "dissolvente per ruote".

Ho alcune informazioni, anche se per un metodo non PUREX. Per il ritrattamento acquoso (vai a pagina 12), i coloni miscelatori (camere di miscelazione con camere di sedimentazione), colonne e centrifughe sono i principali componenti dell'attrezzatura.