RU2183867C2 - Способ переработки металлического сплава плутония в смешанное оксидное уран-плутониевое топливо - Google Patents
Способ переработки металлического сплава плутония в смешанное оксидное уран-плутониевое топливо Download PDFInfo
- Publication number
- RU2183867C2 RU2183867C2 RU2000121276/06A RU2000121276A RU2183867C2 RU 2183867 C2 RU2183867 C2 RU 2183867C2 RU 2000121276/06 A RU2000121276/06 A RU 2000121276/06A RU 2000121276 A RU2000121276 A RU 2000121276A RU 2183867 C2 RU2183867 C2 RU 2183867C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plutonium
- melt
- alloy
- uranium
- mixed
- Prior art date
Links
- 229910052778 Plutonium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 9
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 9
- OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N plutonium atom Chemical compound [Pu] OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 9
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 6
- PSPBAKLTRUOTFX-UHFFFAOYSA-N [O-2].[Pu+4].[U+6].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2] Chemical compound [O-2].[Pu+4].[U+6].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2] PSPBAKLTRUOTFX-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title abstract 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims abstract description 12
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910001514 alkali metal chloride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 4
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 125000005289 uranyl group Chemical group 0.000 claims abstract description 4
- FLDALJIYKQCYHH-UHFFFAOYSA-N plutonium(iv) oxide Chemical class [O-2].[O-2].[Pu+4] FLDALJIYKQCYHH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 16
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 4
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims description 3
- WJWSFWHDKPKKES-UHFFFAOYSA-N plutonium uranium Chemical compound [U].[Pu] WJWSFWHDKPKKES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 229910001066 Pu alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);uranium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[U+4] OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N uranium dioxide Inorganic materials O=[U]=O FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 3
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 3
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 2
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 229910000561 Plutonium–gallium alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- QNJPYBOCFFOTGM-UHFFFAOYSA-J [Cl-].[Cl-].[Cl-].[Cl-].[Pu+4] Chemical class [Cl-].[Cl-].[Cl-].[Cl-].[Pu+4] QNJPYBOCFFOTGM-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- XOYLJNJLGBYDTH-UHFFFAOYSA-M chlorogallium Chemical compound [Ga]Cl XOYLJNJLGBYDTH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000012958 reprocessing Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
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.
Description
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.
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.
Claims (1)
- 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.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000121276/06A RU2183867C2 (ru) | 2000-08-09 | 2000-08-09 | Способ переработки металлического сплава плутония в смешанное оксидное уран-плутониевое топливо |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000121276/06A RU2183867C2 (ru) | 2000-08-09 | 2000-08-09 | Способ переработки металлического сплава плутония в смешанное оксидное уран-плутониевое топливо |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2183867C2 true RU2183867C2 (ru) | 2002-06-20 |
Family
ID=20239007
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000121276/06A RU2183867C2 (ru) | 2000-08-09 | 2000-08-09 | Способ переработки металлического сплава плутония в смешанное оксидное уран-плутониевое топливо |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2183867C2 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004079097A1 (en) * | 2003-03-07 | 2004-09-16 | Valery Fedorovich Mityakin | Coating (variants), method for producing said coating and a mixer for producing a coating mixture |
| RU2238600C2 (ru) * | 2002-08-19 | 2004-10-20 | Государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии" | Способ неводного растворения урана и урансодержащих материалов |
| RU2450373C2 (ru) * | 2008-07-10 | 2012-05-10 | Сергей Павлович Распопин | Способ синтеза ядерного топлива для энергетических реакторов на быстрых нейтронах с активной зоной из солевого расплава |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1349982A (en) * | 1971-01-18 | 1974-04-10 | Atomic Energy Authority Uk | Preparation of solutions of mixed uranium and plutonium nitrates |
| DE3837572A1 (de) * | 1987-11-05 | 1989-05-18 | Us Energy | Verfahren zur elektroraffinierung und vorrichtung zur wiedergewinnung von uran sowie mischung von uran und plutonium aus verbrauchten brennstoffen |
| RU2079909C1 (ru) * | 1994-09-27 | 1997-05-20 | Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники | Способ пирохимической регенерации ядерного топлива |
| RU2131477C1 (ru) * | 1998-03-16 | 1999-06-10 | Сибирский химический комбинат | Способ переработки оружейного плутония |
| US5932930A (en) * | 1994-06-28 | 1999-08-03 | General Electric Company | Method for fabricating mixed oxide fuel |
-
2000
- 2000-08-09 RU RU2000121276/06A patent/RU2183867C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1349982A (en) * | 1971-01-18 | 1974-04-10 | Atomic Energy Authority Uk | Preparation of solutions of mixed uranium and plutonium nitrates |
| DE3837572A1 (de) * | 1987-11-05 | 1989-05-18 | Us Energy | Verfahren zur elektroraffinierung und vorrichtung zur wiedergewinnung von uran sowie mischung von uran und plutonium aus verbrauchten brennstoffen |
| US5932930A (en) * | 1994-06-28 | 1999-08-03 | General Electric Company | Method for fabricating mixed oxide fuel |
| RU2079909C1 (ru) * | 1994-09-27 | 1997-05-20 | Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники | Способ пирохимической регенерации ядерного топлива |
| RU2131477C1 (ru) * | 1998-03-16 | 1999-06-10 | Сибирский химический комбинат | Способ переработки оружейного плутония |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| RORODNOV P.T. etc. A pycochemical procedure for the conversion of military metallic plutonium into MOX fuel. Proceedings of international conference on evaluation of emerging nuclear fuel cycle systemc. Global 95. Versailles, France, September 11-14, 1995, р.1346-1351. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2238600C2 (ru) * | 2002-08-19 | 2004-10-20 | Государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии" | Способ неводного растворения урана и урансодержащих материалов |
| WO2004079097A1 (en) * | 2003-03-07 | 2004-09-16 | Valery Fedorovich Mityakin | Coating (variants), method for producing said coating and a mixer for producing a coating mixture |
| RU2450373C2 (ru) * | 2008-07-10 | 2012-05-10 | Сергей Павлович Распопин | Способ синтеза ядерного топлива для энергетических реакторов на быстрых нейтронах с активной зоной из солевого расплава |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9238873B2 (en) | Eco-friendly smelting process for reactor-grade zirconium using raw ore metal reduction and electrolytic refining integrated process | |
| WO1990000524A1 (en) | Process to separate transuranic elements from nuclear waste | |
| Shishkin et al. | Electrochemical reduction of uranium dioxide in LiCl–Li2O melt | |
| US5041193A (en) | Acitnide recovery | |
| JP3120002B2 (ja) | 使用済み燃料の再処理方法 | |
| Mullins et al. | Fused-salt electrorefining of molten plutonium and its alloys by lamex process | |
| FR2980468A1 (fr) | Procede de preparation d'un oxyhalogenure et/ou oxyde d'actinide(s) et/ou de lanthanide(s) a partir d'un milieu comprenant au moins un sel fondu | |
| WO2011006974A1 (fr) | Procede d'extraction d'au moins un element chimique d'un milieu sel fondu | |
| RU2183867C2 (ru) | Способ переработки металлического сплава плутония в смешанное оксидное уран-плутониевое топливо | |
| US3154379A (en) | Plutonium separation from uranium and lanthanides by precipitation from molten chloride solutions | |
| US5711019A (en) | Method for treating electrolyte to remove Li2 O | |
| RU2732740C1 (ru) | Способ переработки нитридного отработавшего ядерного топлива в солевых расплавах | |
| RU2079909C1 (ru) | Способ пирохимической регенерации ядерного топлива | |
| US3867510A (en) | Process for recovering uranium and plutonium from irradiated nuclear fuel oxides | |
| WO2001041152A2 (en) | Actinide production | |
| US3982928A (en) | Separation of uranium from (Th,U)O2 solid solutions | |
| JP2000056075A (ja) | 使用済み酸化物燃料のリサイクル方法 | |
| Moser et al. | Review of major plutonium pyrochemical technology | |
| JP5017069B2 (ja) | 使用済燃料の再処理方法 | |
| JPH07209483A (ja) | 使用済み燃料の再処理方法 | |
| RU2707562C1 (ru) | Способ переработки тепловыделяющих элементов | |
| Johnson et al. | Pyrochemical recovery of actinide elements from spent light water reactor fuel | |
| US3278278A (en) | Pyrohydrolysis of carbide-type nuclear fuels | |
| WO2011144937A1 (en) | Novel reprocessing method | |
| Sato et al. | Reprocessing of spent nitride fuel by chemical dissolution in molten salt: results on plutonium nitride containing inert matrix materials. Actinide and Fission Product Partitioning and Transmutation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HK4A | Changes in a published invention | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110810 |