Регистрация / Вход
Прислать материал

Радиационно-химическая стойкость экстракционных систем на основе разветвленных углеводородных разбавителей для переработки отработавшего ядерного топлива

Номер контракта: 14.604.21.0153

Руководитель: Мясоедов Борис Федорович

Должность руководителя: главный научный сотрудник

Докладчик: Белова Елена Вячеславовна, ведущий научный сотрудник

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
радиационная стойкость, экстракционная переработка отработавшего ядерного топлива, трибутилфосфат, углеводородные разбавители, ионизирующее излучение, радиационная безопасность, взрывопожаробезопасность

Цель проекта:
Обеспечение радиационно-, взрыво- и пожаробезопасности при экстракционной переработке отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) с использованием растворов три-н-бутилфосфата (ТБФ) в изопарафиновом разбавителе Изопаре-М.

Основные планируемые результаты проекта:
Получены следующие основные результаты:
- получены неизвестные ранее данные о составе продуктов радиолиза системы и их радиационных выходах, прежде всего, нитросоединений (R-NO2), органических нитратов (RONO2) и высших карбоновых кислот (ВКК);
- изучены изменения скорости расслаивания органической и водной фаз, а также величин коэффициентов распределения Pu(IV) в зависимости от поглощенных системой доз облучения;
- определены граничные условия появления в исследуемой системе межфазных образований и осадков;
- обоснован оптимальный состав раствора для регенерации деградированной экстракционной системы от продуктов радиолиза и примесных элементов;
- определены параметры газовыделения, такие как максимальная скорость, индукционный период, температура начала экзотермических процессов в системе «30%ТБФ в Изопаре-М – HNO3» при атмосферном давлении в зависимости от температуры, концентрации азотной кислоты и дозы облучения.
На следующих этапах работы по проекту впервые будут получены характеристики взрывопожаробезопасности при исследовании воздействия радиолиза и термолиза на растворы ТБФ в смеси разветвлённых алифатических углеводородов (Изопаре-М) в условиях закрытого аппарата (изохорный процесс). Научная новизна состоит в получении фундаментальных данных о параметрах экзотермических процессов в смесях упомянутых органических компонентов с азотной кислотой, в том числе деградированных, в изобарных и изохорных условиях. Научным результатом, ранее не известным в литературе, станут величины температуры вспышки исследуемых систем и интенсивность окислительных процессов в зависимости от температуры и поглощенной дозы облучения, содержания ТБФ, степени деградации экстрагента.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Результаты исследований, полученные в ходе выполнения Проекта, направлены на обеспечение радиационно-, взрыво- и пожаробезопасных условий процесса экстракционной переработки отработавшего ядерного топлива, а также на существенное повышение технико-экономических показателей, а именно, на сокращение объемов органических отходов. Нами обосновано применение разветвленного углеводородного разбавителя Изопара-М, ранее не применявшегося в радиохимической технологии, а также подобраны и испытаны новые эффективные композиции для операции внутрицикловой регенерации этого экстрагента, в частности, с использованием бикарбонатов одновалентных катионов сильных оснований и карбонатов одновалентных катионов слабых оснований. Научно-техническую ценность имеют принципы выбора регенерирующих растворов, а именно таких, которые имеют не очень высокий pH, позволяющих успешно реэкстрагировать основную часть продуктов деградации экстрагента, при этом обладающих достаточно сильными комплексообразующими свойствами, что предотвратит осадкообразование с металлами на стадии регенерации экстрагента. На сегодняшний день доказанных удовлетворительных подходов к решению поставленной задачи в доступной научно-технической и патентной литературе не выявлено при глубине поиска 20 лет.
Полученные результаты не имеют аналогов, они превышают мировой уровень исследований в данной области и обладают высокой научной и практической значимостью.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
По завершении работ по проекту удастся осуществлять прогноз и контроль над условиями протекания быстрых окислительных реакций и дать рекомендации по радиационно-, взрыво- и пожаробезопасному проведению технологических процессов переработки ОЯТ. Это станет новым шагом в развитии экстракционной переработки новых типов ОЯТ с применением перспективного разбавителя для действующих (ФГУП «ПО «Маяк») и будущих (ОДЦ «ГХК», ПЯТЦ) радиохимических производств.
Внедрение новой технологии переработки ОЯТ даст существенный экономический эффект, поможет в решении экологических проблем долговременного хранения высокоактивных материалов и будет способствовать нераспространению ядерных материалов.

Текущие результаты проекта:
1. Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы.
2. Обоснован выбор направления исследований.
3. Проведены патентные исследования по ГОСТ 15.011-96, период поиска 1995-2014 гг.
4. Обоснован выбор изопарафинового разбавителя для экстракционной технологии переработки отработавшего ядерного топлива.
5. Разработаны методики проведения исследований.
6. Обоснован выбор и проведены испытания реагентов на основе карбонатов и бикарбонатов одновалентных катионов для операции внутрицикловой регенерации экстрагента при экстракционной переработке ОЯТ.
7. Проведено математическое моделирование стационарного и переходного динамического режима процесса внутрицикловой регенерации экстрагента в Пурекс-процессе.
8. Проведено исследование радиационно-химических и гидродинамических свойств (вязкости, поверхностного натяжения, скорости расслаивания фаз) экстракционной системы «30%ТБФ в Изопаре-М – HNO3» в зависимости от дозы облучения с целью обеспечения безопасности технологии.
9. Проведено исследование зависимости полноты перехода Pu (IV) в органическую фазу при экстракции 30% растворами ТБФ в Изопаре-М от вида и дозы облучения в условиях циклического режима с целью изучения влияния радиации на устойчивость экстракционной системы.
10. Определены параметры газовыделения (максимальная скорость, индукционный период, температура начала экзотермических процессов) в системе «30%ТБФ в Изопаре-М – HNO3» при атмосферном давлении в зависимости от температуры, концентрации азотной кислоты и дозы облучения.