¿Cómo funciona el reprocesamiento de combustible nuclear?

Hasta donde sé, las celdas de combustible agotadas se trituran y se resuelven en ácido nítrico.

¿Qué viene después de eso? Este ácido nítrico probablemente debería contener un espectro muy amplio de sales diferentes (prácticamente, todos los elementos entre 35-65 y, sin embargo, muchos transuranos y mucho uranio (ambos de 235 a 238) y plutonio).

Para alcanzar un reprocesamiento eficiente, el uranio (o, al menos, los elementos actínidos) debe separarse de alguna manera de esta solución. Pero, AFAIK, tienen propiedades químicas muy diferentes. ¿Cómo es posible separar solo los materiales transuránicos?

Extracción de productos de fisión

La separación de plutionium y uranio de los otros productos de fisión se realiza con la molécula orgánica tributil fosfato por extracción líquido-líquido . Tienes dos fases, una orgánica y otra acuosa. Los productos de fisión se resolverán en la fase acuosa y el uranio / plutonio se resolverá en la fase orgánica con el fosfato de tributilo.

Separación de uranio / plutonio

Para separar el uranio del plutonio, debe reducir el plutonio con nitrato de uranio. De nuevo, tiene dos corrientes: una con el uranio / plutonio de antes y una corriente acuosa con nitrato de uranio (U4 +). El plutonio se reducirá y se resolverá en la solución acuosa.

Para lograr los procesos químicos mencionados anteriormente, la extracción líquido-líquido puede usar los siguientes diseños:

Mezclador-Settler

( fuente )

Columna de pulso

( fuente )

El principio es siempre: la fase orgánica es más ligera que la fase acuosa. Ambas fases se separan primero, luego se mezclan, y luego se separan nuevamente. Durante la mezcla se producen las reacciones químicas.

Consulte la fuente mencionada para obtener más información.

Podrías probar Wikipedia , pero señalan que el artículo puede no cumplir con los estándares de calidad, por lo que me mantendré alejado de allí como fuente. La Asociación Nuclear Mundial parece más creíble, de todos modos. Su página discute el proceso. Citando la sección titulada "Reprocesamiento hoy - PUREX" (énfasis mío):

Todas las plantas comerciales de reprocesamiento utilizan el bien probado proceso PUREX hidrometalúrgico (extracción de uranio y plutonio). Esto implica disolver los elementos combustibles en ácido nítrico concentrado. La separación química del uranio y el plutonio se lleva a cabo mediante etapas de extracción con disolvente (el neptunio, que puede usarse para producir Pu-238 para generadores termoeléctricos para naves espaciales, también se puede recuperar si es necesario). El Pu y el U pueden devolverse al lado de entrada del ciclo de combustible: el uranio a la planta de conversión antes del nuevo enriquecimiento y el plutonio directamente a la fabricación de combustible MOX.

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Más abajo, las notas de la WNA

El combustible usado se pica y se disuelve en ácido nítrico concentrado caliente. La primera etapa separa el uranio y el plutonio en la corriente acuosa de ácido nítrico de los productos de fisión y los actínidos menores mediante un proceso de extracción con disolvente a contracorriente, utilizando tributil fosfato disuelto en queroseno o dodecano. En una columna pulsada, el uranio y el plutonio entran en la fase orgánica mientras que los productos de fisión y otros elementos permanecen en el refinado acuoso.

En una segunda columna pulsada, el uranio se separa del plutonio mediante reducción con un exceso de U4 + añadido a la corriente acuosa. El plutonio se transfiere luego a la fase acuosa mientras la mezcla de U4 + y U6 + permanece en la fase orgánica. Luego se elimina del solvente orgánico con ácido nítrico diluido.

El nitrato de plutonio se concentra por evaporación y luego se somete a un proceso de precipitación con oxalato seguido de calcinación para producir PuO2 en forma de polvo. El nitrato de uranio se concentra por evaporación y se calcina para producir UO3 en forma de polvo. Luego se convierte en producto UO2 por reducción en hidrógeno.

$U^{4+}$

Esa es la parte química. No he podido encontrar mucha información sobre los métodos mecánicos específicos (es decir, la ingeniería pura que estaba buscando). De hecho, la patente original de PUREX no cubre los procesos mecánicos, lo que me hace creer que la configuración exacta puede variar.

Este pdf es algo útil. Dice que los materiales de entrada se cortan primero. Las cestas perforadas se utilizan para separar esta maquinaria del resto de la solución; se puede usar un "disolvente de rueda".

Tengo algo de información, aunque sea para un método que no sea PUREX. Para el reprocesamiento acuoso (vaya a la página 12), los sedimentos mezcladores (cámaras de mezcla con cámaras de sedimentación), columnas y centrifugadoras son las piezas principales del equipo.