Новую, более дешевую технологию пирохимической переработки ядерного топлива с использованием галлия и индия разработали специалисты кафедры редких металлов и наноматериалов Физико-технического института Уральского федерального университета (УрФУ), сообщает пресс-служба университета.
Переработка отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) направлена на выделение неиспользованных или вновь образовавшихся делящихся материалов из продуктов распада, в числе которых значительную часть составляют редкоземельные металлы. В их числе типичным является лантан.
Для отделения урана от лантана по технологии пирохимической переработки применяется галлий. Ученые УрФУ, чтобы удешевить этот процесс, предложили добавить в расплав индий. Исследования показали, что такое изменение технологии сохранило его эффективность, но снизило стоимость самой переработки.
Ведущий инженер кафедры редких металлов и наноматериалов Александр Дедюхин рассказал о проделанной ими работе:
«Один из вариантов переработки ОЯТ — это метод с использованием системы „солевой расплав — жидкометаллический сплав“. У этого метода много преимуществ, в частности, он ориентирован на переработку высокоактивного маловыдержанного ядерного топлива с высокой глубиной выгорания, которую нельзя осуществить с помощью других методов, например, водной технологии. Кроме того, он более безопасный в экологическом плане, так как количество радиоактивных отходов после переработки сокращается. При переработке топлива этим методом можно использовать галлий, однако мы обнаружили, что при добавлении индия эффективность переработки остается такой же высокой, однако стоимость процесса снижается».
По новой технологии после растворения ОЯТ в солевом расплаве в него добавляют жидкий сплав на основе галлия и индия, что приводит к перераспределению компонентов — уран концентрируется в металле, а остальные продукты деления остаются в соли.
Использование металлических сплавов для переработки отработанного ядерного топлива еще до конца не изучено, однако эта технология позволяет сократить время выдержки радиоактивных отходов и сделать процесс безопаснее для окружающей среды.
«Суть в чем — перед тем как переработать топливо, его подвергают выдержке, чтобы короткоживущие радионуклиды распались и активность вещества снизилась. Если перерабатывать недостаточно выдержанное топливо при помощи, например, водной технологии, то вода подвергается радиолизу, то есть разложению, и процесс идет неэффективно. А использование расплавленных солей с жидкометаллическими сплавами позволяет сократить время выдержки ядерного топлива. Ну, и опять же один из плюсов — это, как правило, меньший объем радиоактивных отходов по сравнению с водной технологией», — пояснил Александр Дедюхин.
Исследователи УрФУ провели эксперименты, для которых создали три сплава на основе галлия и индия с 21,8%, 40% и 70% содержания индия и определили растворимость ОЯТ в жидкометаллическом растворе методом осаждения.
Результаты показали высокую эффективность разделения урана и компонентов ядерного топлива при использовании сплавов на основе галлия и индия, но при увеличении доли индия в сплаве она снижается.
Результаты исследования ученые представили в статье «Растворимость лантана в жидких сплавах с галлием и индием», опубликованной в журнале Alloys.